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Die vorliegende Erfindung betrifft einen schnell
auslösenden Schalter. Ein solcher Schalter bewirkt eine
plötzliche Stromunterbrechung, während andere Schalter die
elektrischen Kontakte langsam trennen, wobei die
Schaltgeschwindigkeit von der Schnelligkeit abhängt, mit der eine
Bedienungsperson den Schalter von Hand betätigt. Der
erfindungsgemäße Schalter ist insbesondere vom Hubendetyp, für
den die Toleranzen der Anbringung und somit der Benutzung
verbessert sind. Erfindungsgemäß bietet man nämlich dem
Benutzer für eine geringere Größe eines solchen Schalters
vom Hubendetyp eine größere Toleranz zwischen einer
positiven Öffnungsstellung POP und einer Stellung des Hubendes
(PFC). Der Abstand zwischen diesen beiden Stellungen kann
dann besser durch den Benutzer verwertet werden, um ein
bewegliches Organ einfacher stillzusetzen oder dessen
Streuungen nach Überschreitung der Stellung POP zu absorbieren.
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Insbesondere aus dem französischen Patent FR-B-2 579
009 ist ein Schalter mit schneller Auslösung bekannt, der
als Schalter vom Hubendetyp genutzt werden kann. Die
Verwendung dieser Schalter unterliegt Normbedingungen.
Insbesondere müssen diese Schalter außer einem Mechanismus für
das schnelle Öffnen einen Mechanismus für das positive
Öffnen besitzen, um ein fehlerhaftes Verhalten des Schalters
bei seiner Betätigung zu vermeiden, wenn ein Kontakt, der
sich öffnen sollte, kleben bleibt. Das Prinzip ist das
folgende: Bei der Betätigung einer Taste bewirkt ein innerer
Bewegungsmechanismus im Schalter ein Öffnen der
normalerweise geschlossenen Kontakte (oder Ruhekontakte). Drückt man
auf die Taste dann weiter, dann kippt ein Hebel, der ein
Schaltelement von Kontaktklemmen abheben soll, auf denen es
vorher auflag, sofern diese Trennung nicht schon vorher
stattgefunden hat. Dieses positive Öffnen soll in der Lage
sein, das leitende Element von den Kontaktklemmen abzuheben.
Das erwähnte Festkleben dieses Elements könnte aus einem
Festschweißen beim Durchgang eines (genormten)
Kurzschlußstroms von 1000 A resultieren. Dies bedeutet, daß der
Kippmechanismus und der Hebel sehr robust sind, um diese
Trennung hervorzurufen. Im Normalfall ist natürlich diese
Trennung nicht erforderlich, da der Schalter bereits
erwartungsgemäß eine schnelle Auslösung bewirkt hat.
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Im Normalfall führt das Kippen des Hebels dieses
Mechanismus zu einer Annäherung zwischen diesem Hebel und
dem normalerweise geschlossenen beweglichen Schaltelement,
das getrennt wurde. Dieser Mechanismus hat fatale Folgen. Er
ist zwar nützlich, bewirkt jedoch eine Begrenzung der
Möglichkeiten, die Taste weiter einzudrücken, nachdem der Hebel
außer der natürlichen Trennung mit dem Schaltelement in
Kontakt gekommen ist, das er trennen soll. Wenn man nämlich
in diesem Fall weiter auf die Taste drückt, wird das
bewegliche Organ zerdrückt und damit der Schalter vom
Hubendetyp zerstört.
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Um eine größere Trenndistanz der Kontakte zugunsten
einer besseren elektrischen Isolierung zu erhalten, zieht
das erwähnte französische Patent vor, ein Schaltelement mit
dem beweglichen Organ über einen Satz von
Kompensationsfedern zu verbinden. Dadurch würde der von dem Hebel
ausgeübte Druck in einer Richtung wirken, in der das bewegliche
Organ eine Verformung akzeptieren würde. Unter diesen
Bedingungen geht die Regeltoleranz bei der Justierung zwischen
einem Punkt POP der positiven Schalteröffnung und einer
Grenze des Hubendes PFC typisch von einem Wert von 0,5 mm
auf 1 mm über. Mit anderen Worten ist mit diesem Mechanismus
die Toleranz bei der Anbringung oder der Nutzungsbereich des
schnell auslösenden Schalters vom Hubende-Typ verbessert.
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Es bleibt jedoch, daß auf eine Gesamtstrecke von 5 mm
die Entfernung zwischen einem Aktionspunkt PA, in dem das
bewegliche Organ kippt, und dem positiven Öffnungspunkt noch
erheblich ist, nämlich in der Größenordnung von 2 mm. Dies
bedeutet, daß mit einem solchen Mechanismus die normal
ausgelöste Öffnung für eine gegebene Stellung PA erfolgt,
während die gewaltsame Öffnung erst dann stattfindet, wenn
die Taste noch 2 mm weiter eingedrückt wurde. Für den
Benutzer ist dieser Unterschied störend. Der Benutzer möchte
nämlich, daß im Normalbetrieb oder bei einem erzwungenen
Betrieb (und in diesem Fall selbst mit langsamer Öffnung)
der Kontakt in einer gemeinsamen Stellung beim Drücken der
Taste des Schalters geöffnet wird. Wenn dies aber nicht
möglich ist, soll die Öffnung des Kontakts in einander sehr
nahe benachbarten Stellungen erfolgen. In der Praxis gemäß
der Erfindung wird gezeigt, daß man eine Genauigkeit in der
Größenordnung von 1 mm erreichen kann, also wesentlich
besser als die obigen 2 mm.
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Um dieses Problem zu beheben, besteht die
erfindungsgemäße Lösung darin, die positive Öffnungsaktion und die
Verformung des beweglichen Organs an einem gemeinsamen
Schaltelement wirksam werden zu lasen, nämlich dem
Ruhekontaktelement, das sich vor diesem beweglichen Organ befindet.
Es läßt sich nämlich zeigen, daß für identische globale
Abmessungen des Schalters eine größere Toleranz durch die
Erfindung erreichbar ist. Die Entfernung zwischen dem
positiven Öffnungspunkt und der Lage am Ende des Hubs ist
erfindungsgemäß größer als beim Stand der Technik.
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Gegenstand der Erfindung ist also ein schnell
auslösender Schalter,
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- mit einem Gehäuse, das vier paarweise einander
gegenüberliegende Klemmen elektrischer Kontakte aufweist,
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- mit einem beweglichen Organ in diesem Gehäuse, wobei
dieses Organ ein hinteres Schaltelement und ein vorderes
Schaltelement durch seine Bewegung hin- und herbewegt und
wobei diese Schaltelemente abwechselnd mit zwei ersten
beziehungsweise zwei zweiten einander gegenüberliegenden
Klemmen in Kontakt gelangen,
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- mit einem Satz von Kompressionsfedern, die sich auf dem
beweglichen Organ und auf einem Ende einer Taste zur
Betätigung des Schalters abstützen,
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- mit einer Kippsteuerung, die mechanisch mit der Taste
verbunden ist und eine positive Kraft auf das vordere
Schaltelement ausüben kann, wenn die Taste niedergedrückt
wird,
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- mit einem Satz von Kompensationsfedern, die zwischen
dem beweglichen Organ und einem Schaltelement liegen,
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- und mit einem Platz in einer Ebene des beweglichen
Organs, um die Kompensationsfedern aufzunehmen,
dadurch gekennzeichnet, daß dieser Platz sich auf der Seite
des vorderen Schaltelements befindet.
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Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Diese Zeichnungen sind nicht
beschränkend, sondern nur erläuternd zu verstehen.
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Die Fig. 1a bis 1f zeigen schematisch den
schnellen Schalter gemäß der Erfindung in verschiedenen
Betätigungsstellungen und den Vergleich mit einem Schalter
gleichen Typs gemäß dem Stand der Technik.
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Fig. 2 zeigt die verschiedenen Toleranzen, die durch
die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik und im
Vergleich hierzu nach der Erfindung erhalten werden.
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Fig. 3 zeigt schematisch die Kippwirkung, die für
ein positives Öffnen des erfindungsgemäßen Schalters
eingesetzt wird.
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Die Fig. 1a bis 1e zeigen verschiedene Zustände
des Schalters gemäß der Erfindung. Dieser Schalter enthält
in einem schematisch angedeuteten Gehäuse 1 vier elektrische
Kontaktklemmen 2 bis 5. Diese Klemmen liegen einander
paarweise gegenüber. Insbesondere sind die Klemme 2 der Klemme 3
und die Klemme 4 der Klemme 5 paarweise zugeordnet. Diese
Kontaktklemmen sind mit nicht dargestellten elektrischen
Anschlüssen verbunden. Diese elektrischen Anschlüsse sollen
elektrische Potentiale abhängig vom geschlossenen oder
offenen Schaltzustand übertragen. Die Klemmen 2 bis 5
enthalten für die Gewährleistung des Kontakts Kontaktpunkte 6,
die gegebenenfalls mit einer Silberschicht oder einem
anderen Material bedeckt sind, um den Kontakt zu verbessern und
zu verhindern, daß sich bei der Bildung von elektrischen
Lichtbögen etwas niederschlägt.
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Im Gehäuse 1 befindet sich ein bewegliches Organ 7.
Dieses Organ bewegt Schaltelemente hin und her, wie dies
durch den Doppelpfeil 8 angedeutet ist. Ein erstes, vorderes
Schaltelement 9 liegt entfernt von einem Ende 10 einer Taste
11, durch die der erfindungsgemäße Schalter betätigt wird.
Die Taste 11 dient insbesondere als Hubende-Taste. Ein
rückwärtiges Schaltelement 12 ist in dem beweglichen Organ
befestigt, und zwar entgegengesetzt zum vorderen
Schaltelement 9. Die Elemente 9 und 12 sind dazu bestimmt,
elektrische Verbindungen zwischen den Klemmen 4 und 5
beziehungsweise 2 und 3 herzustellen.
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Ein Satz von zwei Kompressionsfedern 13, 14 liegt
einerseits am beweglichen Organ 7 und andrerseits an einem
anderen Ende 15 der Taste 11 an. Die Federn 13 und 14 stehen
unter Druck und sind wie die beiden Schenkel eines
gleichschenkligen Dreiecks ausgerichtet, dessen Höhe sich entlang
der Taste 11 erstreckt.
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Der Schalter enthält weiter eine Kippsteuerung, die
später anhand der Fig. 3 genauer untersucht wird, aber
deren Wirkung symbolisch durch die Wirkung eines Anschlags
16 auf das vordere Schaltelement 9 dargestellt werden kann.
Die Kippsteuerung ist so ausgebildet, daß der Anschlag 16
sich in Richtung zum Schaltelement 9 hinbewegt, wenn die
Taste 11 in das Gehäuse 1 gedrückt wird. Das Eindringen der
Taste 11 erfolgt durch Druck auf diese Taste.
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Das bewegliche Organ besitzt weiter einen Platz 17
zur Aufnahme eines Satzes von Kompensationsfedern 18 und 19.
In der Praxis enthält das bewegliche Organ für diesen Platz
17 einen Hohlraum 20, über dem sich das vordere Schaltelement
9 befindet. Das Element 9 wird in dem Hohlraum 20 durch
die Federn 18 und 19 einerseits, die sich auf diesem Element
9 und auf den Enden 21 und 22 des Hohlraums abstützen, und
andrerseits durch Vorsprünge 23 und 24 gehalten. Die
Vorsprünge 23 und 24 stehen über die Oberseite des Hohlraums 20
vor und halten das Element 9.
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Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung
befindet sich der Platz 17 in dem Raum 20 auf der Seite des
vorderen Schaltelements und nicht, wie beim Stand der
Technik, auf der Seite des hinteren Schaltelements 12.
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Bei der Untersuchung der Stellungen des Schalters
gemäß den Fig. 1a bis 1e wird die Verbesserung deutlich,
die durch die Erfindung im Vergleich zu einer äquivalenten
Ausführungsform nach dem Stand der Technik wie in Fig. 1f
dargestellt erzielt wird. Die Figuren wurden PRP
(Ruhestellung), PA- (Stellung unmittelbar vor der plötzlichen
Schaltaktion), PA+ (Stellung unmittelbar nach der plötzlichen
Schaltaktion), POP (Stellung der positiven Öffnung, PFC
(Stellung am Hubende) und PRP (mit Fig. 1a vergleichbare
Stellung aber für eine Realisierung gemäß dem Stand der
Technik) betitelt.
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Gemäß Fig. 1a, Stellung PRP, befindet sich der
Anschlag 16 in einem Abstand vom Element 9, während das Ende
10 der Taste 11 maximal ausgefahren ist. In der Stellung
PAist die Taste bis knapp vor eine Gleichgewichtslage
eingedrückt. In diesem letzteren Fall liegen die beiden Federn 13
und 14 nahezu in Flucht zueinander. Sie sind komprimiert.
Durch eine optimale Wahl der Federkräfte ist die Komponente
in Richtung des Pfeils 8 der resultierenden Wirkung der
Kompressionsfedern 13 und 14 geringer als die Kraft, die von
den Kompensationsfedern 18 und 19 resultiert, und zwar für
den ganzen Verschiebeweg der Taste von PRP bis PFC. Unter
diesen Bedingungen verschiebt sich das bewegliche Organ 7
nicht zwischen der Stellung PRP und der Stellung PA-.
Insbesondere wechseln die Federn 13 und 14 während ihrer Kompression
die Richtung und ermöglichen es dem Ende 15 der
Taste 11, ins Zentrum des beweglichen Organs 7 einzudringen.
Fig. 1a zeigt einen Abstand E, der kurzer Hub oder
Annäherungshub genannt wird und dem Hubweg von der Stellung PRP in
die Stellung PA- entspricht. Der Abstand E liegt im
allgemeinen bei etwa 2 mm. Für den ordentlichen Betrieb des
Schalters vom Hubende-Typ ist dies während der Lebensdauer
erforderlich (Differentialhub, Toleranzen, innere
Abnutzungen u. s. w.).
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In Fig. 1c, die der Stellung PA+ entspricht, hat
eine sehr geringe weitere Verschiebung der Taste 11 aufgrund
der Entspannung der Kompressionsfedern 13, 14 die plötzliche
Verschiebung des beweglichen Organs 7 bezüglich des
Tastenendes 15 hervorgerufen. Dieses Ende hat sich beim Übergang
von der Stellung gemäß Fig. 1b zu der gemäß Fig. 1c
praktisch nicht bewegt. Unter diesen Bedingungen wird das
vordere Schaltelement plötzlich von den Kontakten 4 und 5
abgehoben, während das hintere Schaltelement 12 mit den
Klemmen 2 und 3 in Kontakt kommt. Wenn in diesem Stadium
keine anderen Erfordernisse vorliegen würden (insbesondere
durch die Norm bedingte Erfordernisse), dann könnte man sich
mit diesem Verhalten begnügen.
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In der Stellung PA+ versuchen die Federn 13 und 14,
die Taste zum vorderen Schaltelement 9 zu drücken. Entweder
drückt eine hier nicht dargestellte zusätzliche Feder, deren
Kraft stärker als die Resultierende der Federn 13 und 14 ist
und eine Kraft in Gegenrichtung ausübt, auf das Gehäuse 1
und auf die Taste 11, um sie nach außen zu bewegen, oder die
Federn 13 und 14 sind in Ruhezustand in der Stellung PA+.
Damit der Schalter reversibel ist, wird die erstgenannte
Lösung gewählt.
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Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 1d, daß, wenn die Taste
11 weiter niedergedrückt wird, diese sich einer Stellung POP
nähert, in der der Anschlag 16 mit dem Schaltelement 9 in
Kontakt kommt, wenn dieses auf den Klemmen 4 und 5 festgeklebt
wäre. Arbeitet der Schalter normal, dann tritt der
Anschlag 16 in der Stellung POP mit dem Schaltelement 9
nicht in Kontakt. Ist dagegen das Schaltelement festgeklebt,
dann tritt der Anschlag mit diesem in Kontakt. Man kann
außerdem für die Stellung POP anstatt der Stellung, in der
der Anschlag 16 mit dem Schaltelement 9 in Kontakt tritt,
eine Stellung verwenden, in der lediglich die Trennung des
Kontakts gewährleistet ist. Diese Stellung ist durch das
Ende 25 des Anschlags 16 gegeben.
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In Fig. 1e ist die Stellung am Hubende dargestellt,
in der die Taste 11 noch weiter niedergedrückt ist, und zwar
um eine Strecke 26 im Vergleich zur Fig. 1d. Die Strecke 26
bildet den großen zusätzlichen Hub bei der positiven Öffnung
des Schalters. Sie wird durch die Verschiebung des Endes 15
dargestellt. Gleichzeitig mit der Verschiebung des Endes 15
verschiebt sich der Anschlag 16 um eine Differenzstrecke 27.
Nachfolgend wird gezeigt, warum die Strecke 27 nicht der
Strecke 26 gleicht, obwohl die beiden mechanisch miteinander
verbunden sind.
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Aufgrund dieser Betriebsweise muß das bewegliche
Organ 7, um die Kompressionsfedern 13 und 14 in ihrer
Stellung gemäß Fig. 1a und ihrer Stellung entsprechend Fig. 1e
zu halten, eine unsyymmetrische Rautenform besitzen. Die
Unsymmetrie beruht darauf, daß es nützlich ist, wenn die
Stellung PA näher bei der Stellung PRP als bei der Stellung
PFC in allen Schaltern ist. Dies erleichtert die Benutzung.
Unter dieser Form einer unsymmetrischen Raute versteht man
eine unvollkommene Raute, deren einer Teil, hier der Teil,
der sich in der Nähe des vorderen Schaltelements befindet,
die Raute über einen spitzeren Winkel als der Teil schließt,
der die Raute auf der Seite des leitenden Elements 12
schließt. Daher kann der Raum 20 U-förmig sein, wobei die
Enden des U wesentlich tiefer sein können, als wenn dieser
Raum auf der Seite liegen würde, wo der Winkel zum Schließen
der Raute stumpfer ist. Die Enden des U umschließen den
spitzen Winkel der unsymmetrischen Raute, die von einem Raum
28 des beweglichen Organs 7 gebildet wird, in dem sich die
Federn 13 und 14 verschieben. Aus Fig. 1e ersieht man, daß
die Unsymmetrie aus der verstärkten Schräglage der Federn 13
und 14 aufgrund des weiteren Niederdrückens der Taste 11
resultiert.
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Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 1f zum Vergleich, was
beim Stand der Technik geschieht. Für eine gleiche
Verschiebung des vorderen und hinteren Schaltelements 9
beziehungsweise 12 und eine gleiche unsymmetrische Form des
rautenförmigen Raums 28 im beweglichen Organ 7 muß die
Gesamtabmessung des Schalters in Richtung des Drucks auf die Taste 11
größer sein. Ist sie nämlich nicht größer, dann müssen die
zusätzlichen Hublängen 26 und 27 verringert werden. So kann
für eine gegebene Ausführungsform mit bestimmten
Kompressions- und Kompensationsfedern sowie mit einer bestimmten
Größe des Raums 28 (der nach wie vor eine unsymmetrische
Raumform besitzt) der Abstand 26 im Rahmen der Erfindung
größer sein.
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Fig. 2 zeigt einen Vergleich der Lage des Endes 15
in den Stellungen PRP, PA, POP und PFC gemäß dem Stand der
Technik, gemäß der durch das oben zitierte Patent erreichten
Verbesserung sowie gemäß der Erfindung. Beim Stand der
Technik beträgt der kleine vordere Hub oder Annäherungshub
etwa 2 mm, während der gesamte Hub normalerweise bei etwa 5
mm liegt. Gemäß der Verbesserung der Kompensationsfeder
beträgt der verbleibende garantierte Rest-Öffnungshub CRA+
etwa 0,5 mm. In der Praxis war der Abstand zwischen den
Stellungen PA und POP vorher nur durch Fertigungstoleranzen
bedingt. Durch die Kompensationsfedern, die wie in dem oben
erwähnten Patent konzipiert sind, kann die Stellung POP der
Stellung PA um etwa 0,5 mm angenähert werden.
Erfindungsgemäß (letzte Zeile der Fig. 2) wird die Stellung POP um
1,5 mm so angenähert, daß von der Stellung PA zur neuen
Stellung POP nur noch ein Abstand von etwa 1 mm verbleibt.
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Fig. 3 zeigt auf der Taste 11 das Ende 10, das Ende
15, das die Federn 13 und 14 mitnimmt, sowie ein
Betätigungsende 29, das den Anschlag 16 betätigt. Der Anschlag 16,
auch Palette genannt, besitzt im wesentlichen eine Kippachse
30, die hier senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3 und zur
Längsrichtung der Taste 11 verläuft. Wenn sich eine positive
Öffnung ergibt, drückt das Ende 29 über einen Druckpunkt 31
auf die Palette 16. Dies geschieht mit einem
Betätigungsradius 32. In diesem Augenblick tritt ein Ende 33 der
Palette mit dem vorderen Schaltelement 9 in Kontakt (wenn dieses
festgeklebt ist). Der Betätigungsradius des Endes 33 ist der
Radius 34, dessen Wert zu Beginn größer als der Radius 32
ist. Unter diesen Bedingungen ergibt sich für einen kurzen
Weg des Endes 29 ein langer Weg des Endes 33. Dagegen ist am
Ende des Verschiebewegs die Palette 16 gekippt. Das Ende 33
profitiert von einem Nutzradius des Drucks auf das Element 9
mit einem geringeren Wert als der des Radius 34. Dagegen
nimmt der Radius 32 zu. Die Folge davon ist, daß am Ende des
Hubs die Strecke 26 der Taste 11 größer als die Strecke 27
des vorderen Schaltelements 9 ist.
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Fig. 3 zeigt weiter einen Teil des Gehäuses 1 und
schematisch eine zusätzliche Feder 35, die komprimiert ist
und versucht, die Taste 11 wieder aus dem Gehäuse
hinauszudrücken. Die Entfernung zwischen PRP und PFC entspricht in
der Praxis dem Aktionshub dar Feder 35.
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Da die Strecke 27 größer sein kann als beim Stand der
Technik, hauptsächlich aufgrund der Unsymmetrie, hat die
Erfindung also definitiv zur Folge, daß natürlich die
Strecke 26 ebenfalls größer sein kann. Außerdem liegt, wie
erwähnt, der Punkt der positiven Öffnung POP sehr nahe beim
Schaltpunkt PA. Die Erfindung bietet also dem Benutzer den
Vorteil, daß eine größere positive Öffnungsstrecke CRA+
gewährleistet wird, ohne daß der Schalter vom Typ des
Hubendes dadurch mehr Platz beanspruchen würde.