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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Unterbrecher, der als Sicherheitseinrichtung
für einen elektrischen
Schaltkreis benutzt wird.
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Unterbrecher
werden gebräuchlicherweise als
Batterieschalter zur Ausstattung von Fahrzeugen benutzt, insbesondere
für Fahrzeuge
für den
Transport von Gefahrgut, deren Sicherheitsvorschriften sehr streng
sind.
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Auf
dem Markt sind bereits verschiedene Typen von Batterieschaltern
bekannt, die manuell, pneumatisch oder elektromagnetisch betätigt werden können. Der
Batterieschalter umfasst ein Gehäuse, einen
mit wenigstens zwei elektrischen Kontaktstellen versehenen Sockel,
eine transversale Kontaktbrücke,
die die Kontaktstellen elektrisch verbinden kann, ein axial bewegliches
Betätigungselement,
das mechanisch mit der transversalen Kontaktbrücke zusammenwirkt. Das bewegliche
Betätigungselement erlaubt
es, die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstellen über die
transversale Kontaktbrücke aufzubauen
oder aufzuheben, um auf diese Weise die elektrischen Zustände „ON" und „OFF" des Batterieschalters
zu definieren.
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Klassische
Batterieschalter mit elektromagnetischer Betätigung umfassen eine Erregungsspule, die
einen Abschnitt des beweglichen Betätigungselements umgibt. Die
Spule wird ständig
durch einen elektrischen Gleichstrom versorgt, um die transversale
Brücke
in Kontakt mit den Kontaktstellen zu halten, damit der elektrische
Zustand ON des Unterbrechers gewährleistet
wird. Es genügt,
den Erregungsstrom der Spule zu unterbrechen, damit die transversale
Brücke
sich von den Kontaktstellen entfernt, wobei auf diese Weise der
elektrische Zustand OFF des Unterbrechers gewährleistet wird. Die transversale Kontaktbrücke wird
in der von den Kontaktstellen entfernten Position durch eine axiale
Rückholfeder
gehalten, die auf ein Ende des beweglichen Betätigungselements wirkt.
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Aufgrund
der Notwendigkeit eines die Erregungsspule permanent versorgenden
elektrischen Stroms zum Halten des Batterieschalters in der Position
ON, ist der elektrische Verbrauch des Letzteren hoch. Darüber hinaus
wird im Falle eines Ausfalls des Versorgungssystems des elektrischen
Stroms für
die Spule der Batterieschalter automatisch in die Position OFF gebracht,
aufgrund der mechanischen Kraft, die auf das bewegliche Betätigungselement
durch die Rückholfeder
ausgeübt
wird. Eine derartige ungewollte Änderung
des elektrischen Zustands des Batterieschalters kann schwerwiegende
Konsequenzen für
den elektrischen Schaltkreis, an den der Batterieschalter angeschlossen
ist, haben, da die elektrische Versorgung dieses Schaltkreises somit
unterbrochen ist.
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Durch
das Dokument EP-A-0 630 034 ist bereits ein Impulsunterbrecher bekannt,
in dem der elektrische Haltestrom in der Erregungsspule null ist, wenn
der Unterbrecher in einem elektrischen Zustand ON oder OFF ist.
Der Unterbrecher umfasst eine bewegliche Steuerachse, die fest mit
einer transversalen Rollenträgerachse
verbunden ist, deren Enden mit drehbaren Rollen versehen sind, die
in der Lage sind, mit einer oberen Rampe zusammenzuwirken, die fest
mit einer metallischen Karkasse verbunden ist, in der eine Spule
eingeschlossen ist, sowie eine untere Rampe, die an einem unteren
metallischen Träger
befestigt ist, der fest mit dem Sockel verbunden ist. Die Funktionsweise
dieses Unterbrechers ist zufriedenstellend. Jedoch versucht man, seine
Funktionsweise zu verbessern und seine Kosten zu reduzieren durch
Verringerung der Anzahl der Teile, und seine Betriebszuverlässigkeit
zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diesen Unterbrecher zu verbessern
durch Vorschlagen einer wirtschaftlichen Vorrichtung mit verbesserter
Lebensdauer.
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Der
Unterbrecher gemäß der Erfindung
umfasst ein Gehäuse
mit zumindest zwei elektrischen Kontaktstellen, einer transversalen
Kontaktbrücke, die
sich oberhalb der Kontaktstellen befindet, und mit Betätigungsmitteln
für die
transversale Brücke,
die die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstellen bilden
oder ausheben, wobei die Betätigungsmittel
ein axial bewegliches Element umfassen, mechanisch wechselwirkend
mit der transversalen Kontaktbrücke,
eine feststehende elektrische Spule, um eine elektromagnetische
Kraft zu erzeugen, die axial auf das Betätigungselement hin zu den Kontaktstellen
wirkt, eine Rückholfeder,
die axial auf das bewegliche Element durch Entfernen dieses von
den Kontaktstellen wirkt, sowie Anlagemittel, die zwei stabile Zustände der
Brücke
definieren, entsprechend zwei elektrischen Zuständen ON, OFF, des Unterbrechers.
Die Anlagemittel umfassen ein mit Bezug auf das Gehäuse des
Unterbrechers feststehendes Teil von hohl-zylindrischer Form, ausgestattet
mit wenigstens einem Indexierfinger, vorspringend nach innen, ausgehend
von seiner Bohrung, und ein bewegliches Teil, angeordnet in der
Bohrung des feststehenden Teils und umfassend eine obere Rampe und eine
untere Rampe, die einander gegenüberstehend und
axial beidseitig des Indexierfingers, mit welchem sie wechselwirken,
angeordnet sind. Das bewegliche Teil ist frei drehbar und translationsfest
zum beweglichen Element.
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Das
bewegliche Teil kann somit aus einer einstückigen Anordnung gebildet sein.
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In
einer Ausführungsform
umfasst wenigstens eine der Rampen wenigstens eine Führungsfläche mit
variabler Neigung. Man kann somit die Perkussion, bzw. das Vibrieren
zwischen dem Indexierfinger und der Rampe reduzieren, was die Abnutzung dieser
Teile vermindert und die Lebensdauer des Unterbrechers erhöht. Die
Führungsfläche kann
zwei Flächenabschnitte
unterschiedlicher Neigung umfassen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Führungsfläche an der
oberen Rampe vorgesehen, um den Indexierfinger zwischen einer ersten stabilen
Position und einer zweiten stabilen Position, definiert durch die
untere Rampe, zu führen.
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Vorteilhafterweise
umfasst das bewegliche Teil 6 identische, umfangsweise
verteilte Rampenabschnitte, die in der Lage sind, jeweils zwei stabile
Zustände
der Brücke,
entsprechend zwei elektrischen Zuständen des Unterbrechers, zu
definieren.
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Man
kann für
die Indexierfinger, die an den hohl-zylindrischen Abschnitt des
feststehenden Teils der Anlagemittel angebracht sind, ein Material
von höherer
Härte oder
von geringerem Reibungskoeffizienten vorsehen.
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Die
Erfindung wird besser verstanden werden bei Durchsicht der detaillierten
Beschreibung einer bestimmten Ausführungsform, angegeben als Beispiel,
keineswegs einschränkend
und durch die beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht, in denen gilt:
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Die 1 ist eine axiale Schnittansicht
eines Unterbrechers gemäß der Erfindung
in geöffnetem Zustand;
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Die 2 ist eine axiale Schnittansicht
des Unterbrechers im geschlossenen Zustand;
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Die 3 ist eine herausgebildete
Teilansicht des beweglichen Teils des Unterbrechers der 1; und
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Die 4 ist eine Querschnittsansicht
gemäß IV–IV der 2;
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Wie
in den Figuren dargestellt, umfasst der Unterbrecher ein Gehäuse 1,
realisiert aus festem, nicht elektrisch leitfähigem Kunststoff, z. B. aus
Bakelit. Das Gehäuse 1 ist
von rechteckigem Querschnitt und mit einer unteren Wandung 2 versehen, durch
die hindurch zwei elektrische Anschlussklemmen 3, beide
umfassend eine elektrische Kontaktstelle 3a, sowie nicht
dargestellte elektrische Klemmen, zum Empfang einer Steuerinformation,
befestigt sind.
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Im
Inneren des Gehäuses 1 befinden
sich Betätigungsmittel 4 für eine Kontaktbrücke 5 um Letztere
in der in den Zeichnungen vertikalen Richtung zu versetzen. Wenn
die Brücke 5 in
Kontakt mit den elektrischen Kontaktstellen 3a ist, sind
die elektrischen Klemmen 3 miteinander elektrisch verbunden.
Somit ist der Unterbrecher im elektrischen Zustand ON, d. h. in
geschlossener Position. Wenn die Querbrücke 5 nicht in Kontakt
mit den elektrischen Kontaktstellen 3a ist, sind die elektrischen
Klemmen 3 nicht mehr elektrisch miteinander verbunden.
Der Unterbrecher befindet sich somit im elektrischen Zustand OFF,
d. h. in offener Position. Die Betätigungsmittel 4 der
elektrischen Kontaktbrücke 5 umfassen eine
zylindrische Spule 6, nach innen begrenzt durch ein aus
nicht-magnetischem Material realisiertem, zylindrischen Element 7,
und nach außen
durch eine metallische Karkasse 8, die an einem oberen
metallischen Teil 9 befestigt ist.
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Das
nicht-magnetische zylindrische Element 7 begrenzt einen
zylindrischen, vertikalen Durchlass 7a, in dem ein rohrförmiger,
feststehender Kern 10 aufgenommen ist, dessen unteres Ende
sich im axialen Anschlag an den Rändern einer zentralen Öffnung 11 der
metallischen Karkasse 8 befindet. In dem zylindrischen
Durchlass 7a befindet sich auch ein beweglicher Kern 12,
in dem konzentrisch das obere Ende einer Steuerachse 13 befestigt
ist. Die Steuerachse 13 erstreckt sich vertikal durch den
feststehenden Kern 10 hindurch. Oberhalb der zentralen Öffnung 11 der
metallischen Karkasse 8 befindet sich ein bewegliches Teil 14 von
zylindrischer, zur Steuerachse 13 koaxialer Form. Die Steuerachse 13 verlängert sich
unterhalb des beweglichen Teils 14, und ihr unteres Ende
durchquert die transversale Kontaktbrücke 5. Zwischen der
transversalen Kontaktbrücke 5 und
dem beweglichen Teil 14 ist eine Schraubenfeder 15 angeordnet,
genannt „Hauptkontaktfeder". Die Hauptfeder 15 strebt
danach, das bewegliche Teil 14 von der transversalen Kontaktbrücke 5,
die bezüglich der
Steuerachse 13 in axiale Richtung gleiten kann, zu beabstanden.
Eine zweite Schraubenfeder 16, genannt „Rückholfeder", ist unter der transversalen Kontaktbrücke zwischen
dieser und der unteren Wandung 2 des Gehäuses 1 angeordnet.
Eine elektrische Isolierung der Steuerachse 13, der Hauptfeder 15 und
der Rückholfeder 16 der
transversalen Kontaktbrücke 5 wird
durch nicht dargestellte Mittel vorgesehen.
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Ein
Indexierelement 17 von zylindrischer Form ist um das bewegliche
Teil 14 angeordnet. Das Indexierelement 17 ist
am Gehäuse 1 durch
nicht dargestellte Mittel befestigt. Die Bohrung 17a des
Indexierelements 17 ist in Kontakt mit der äußeren Fläche 14a des
beweglichen Teils 14. Zwei koaxiale Querbohrungen 18 sind
im Indexierelement 17 vorgesehen, um jeweils einen Indexierfinger
aufzunehmen, der teilweise nach innen von der Bohrung 17a des
Indexierelements 17 übersteht.
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Die äußere Fläche 14a des
beweglichen Teils 14 ist entlang ihres gesamten Umfangs
mit einer Aushöhlung
versehen, die eine obere Rampe 20 und eine untere Rampe 21 bildet.
Die oberen und unteren Rampen 20, 21 sind geneigt
zur Führung
und Blockierung des beweglichen Teils 14 bezüglich der
Indexierfinger 19.
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Wenn
die Spule 6 durch einen elektrischen Strom angeregt wird,
erzeugt sie ein magnetisches Feld, deren Feldlinien innerhalb eines
magnetischen Kreises verlaufen, der aus dem beweglichen Kern 12, dem
feststehenden Kern 10, dem oberen metallischen Träger 9 und
der metallischen Karkasse 8 gebildet wird. Auf diese Weise
wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, welche auf den beweglichen Kern 12 axial
nach unten wirkt, wodurch die fest mit dem beweglichen Kern 12 verbundene
Steuerachse 13 und das bewegliche Teil 14 gleichermaßen nach unten
angetrieben werden.
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Ausgehend
von einer geöffneten
Position des Unterbrechers (1)
werden die zwei Indexierfinger 19 durch die Rückholfeder 16 gegen
die untere Rampe 21 in einer ersten stabilen Position P1
gedrückt
(3). Ein auf die Spule 6 gegebener
elektrischer Impuls lässt
den beweglichen Kern 12 sich hin zum feststehenden Kern 10 versetzen.
Die Steuerachse 13, fest verbunden mit dem beweglichen
Kern 12, versetzt sich axial nach unten und bringt die
elektrische Kontaktbrücke 5 mit
den zwei Kontaktstellen 3a in Kontakt.
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Die
Steuerachse 13, die axial durch die elektrische Brücke 5 geführt wird,
fährt fort,
sich nach unten zu versetzen unter Überwindung der axialen Kraft der
Hauptfeder 15, was somit den Kontaktdruck der Querbrücke 5 auf
die Kontaktstellen 3a erhöht.
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Wie
man in 3 sehen kann,
umfasst die obere Rampe 20 einen Führungsflächenabschnitt 20a,
der stark geneigt ist und sich durch einen Führungsflächenabschnitt 20b,
der schwach geneigt ist, verlängert.
Ein konkav gerundeter Abschnitt 20c, benachbart zum Abschnitt 20b,
ist von an dem Indexierfinger 19 angepasster Krümmung und
bildet die Verbindung zwischen einem Anlageabschnitt 20d von sehr
starker, nahezu vertikaler Neigung. Ein Führungsflächenabschnitt 20e ist
benachbart zum Anlageabschnitt 20d und definiert mit diesem
einen spitzen Winkel. Der Führungsflächenabschnitt 20e ist schwach
geneigt, im Wesentlichen wie der Führungsflächenabschnitt 20b,
und verlängert
sich durch einen konkav gerundeten Abschnitt 20f von gleicher Krümmung wie
die des abgerundeten Abschnitts 20c. Ein Anlageabschnitt 20g,
benachbart zum gerundeten Abschnitt 20f, schließt sich
an einen folgenden Führungsflächenabschnitt
durch einen spitzen Winkel an. Die Abschnitte 20a bis 20g bilden
einen Teil der oberen Rampe 20 über einen Winkelsektor von
60°. Die
obere Rampe 20 umfasst sechs identische Teile, die alle
60° aufeinander
folgen.
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Gleiches
gilt für
die untere Rampe 21, deren Endteil über einen Winkel von 60° einen konkav
gerundeten Abschnitt 21a, eine stabile Position P1 für einen
Indexierfinger 19 bildend, und sich durch einen stark geneigten
Anlageabschnitt 21b fortsetzend, einen schwach geneigten
Führungsflächenabschnitt 21c,
einen spitzen Winkel mit dem Anlageabschnitt 21b bildend,
einen konkav gerundeten Abschnitt 21d, eine stabile Position
P3 für
einen Indexierfinger 19 bildend, einen Anlageabschnitt 21e sehr
starker, nahezu vertikaler Neigung, und einen stark geneigten Führungsflächenabschnitt 21f einen
spitzen Winkel mit dem Anlageabschnitt 21e bildend, umfasst. Der
Führungsflächenabschnitt 21f schließt sich
an einen konkav gerundeten Abschnitt des folgenden Teils der unteren
Rampe 21 an.
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Wenn
der Indexierfinger 19 in Position P1 ist, und ein elektrischer
Impuls zur Spule 6 geschickt wird, wird das bewegliche
Teil 14 vertikal nach unten angetrieben, bis der Führungsflächenabschnitt 20a mit
dem Indexierfinger 19 in Kontakt kommt. Das bewegliche
Teil 14 wird darauf in Drehung versetzt. Da der Führungsflächenabschnitt 20a stark
geneigt ist, ist der oben genannte Kontakt relativ sanft. Der Führungsflächenabschnitt 20b kommt
sodann in Kontakt mit dem Finger 19, wodurch versucht wird,
die axiale Bewegung des beweglichen Teils 14 aufgrund der schwachen
Neigung des Abschnitts 20b zu verlangsamen. Die Drehung
des beweglichen Teils 14 hört auf, wenn der gerundete
Abschnitt 20c und der Anlageabschnitt 20d in Kontakt
mit dem Indexierfinger 19 kommen. Dieser ist dann in der
Position P2 und hält sich
dort solange wie der elektrische Impuls in der Spule 6 andauert.
Wenn der elektrische Impuls nachlässt, bewegt sich das bewegliche
Teil 14 vertikal nach oben unter Einwirkung der Hauptfeder 15.
Der Führungsflächenabschnitt 21c kommt
sodann in Kontakt mit dem Indexierfinger 19, wobei das
bewegliche Teil 14 in Drehung versetzt wird, bis der gerundete
Abschnitt 21d und der Anlageabschnitt 21e in Kontakt
mit dem Indexierfinger 19 kommen, der sich dann in der
stabilen Position P3 befindet. Die Querbrücke 5 ist somit in
Kontakt mit den Stellen 3a.
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Während eines
letzten elektrischen Impulses in der Spule 6 wird das bewegliche
Teil 14 vertikal nach unten angetrieben, bis der Führungsflächenabschnitt 20e in
Kontakt mit dem Indexierfinger 19 kommt, was das in-Drehung-versetzen
des beweglichen Teils 14 auslöst, bis der gerundete Abschnitt 20f und
der Anlageabschnitt 20g in Kontakt mit dem Indexierfinger 19 kommen.
Dieser ist sodann in der Position P4, in der er sich hält, bis
der elektrische Impuls nachlässt.
Das bewegliche Teil 14 nimmt sodann wieder eine vertikale
Bewegung nach oben auf, bis der Führungsflächenabschnitt 21f in
Kontakt kommt mit dem Indexierfinger 19, was das in-Drehung-versetzen
des beweglichen Teils 14 auslöst, bis der Indexierfinger 19 sich
in der stabilen Position P1 des nachfolgenden Teils des beweglichen
Teils 14 befindet.
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Dank
der Erfindung erhält
man einen Unterbrecher, dessen Führungsrampen
aus einem einzigen Teil verwirklicht werden können, und dessen Funktionsweise
sanft ist, dank der Tatsache dass die Führungsflächen der Rampen mit unterschiedlichen Neigungen
versehen sind.