Vorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung, insbesondere Grenztaster
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung, insbesondere einen Grenztaster, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , beispielsweise einen Einbau-Grenztaster für den Einsatz als Positionsschalter in einer elektromagnetischen Bremse.
Einbau-Grenztaster sind beispielsweise aus der DE 18 82 059 U 1 bekannt. Dabei kommt ein von außerhalb des Grenztasters betätigbarer und einen halbkugelförmigen Endabschnitt aufweisender Betätigungsbolzen nach einem einstellbaren Leerhub in unmittelbare Anlage mit dem Stellglied eines elektrischen Schaltelements.
Die Auslegeschrift DE 1 5 88 052 zeigt ein Sprungschaltwerk für einen elektrischen Endschalter, bei dem der Betätiger topfförmig ausgebildet ist.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der FR 26 1 3 1 19 als Stand der Technik bekannt, bei dem ein von außerhalb der Vorrichtung betätigbares Stößelmittel axial mit einem von außerhalb der Vorrichtung
unzugänglichen Betätiger für ein elektrisches Schaltelement gekoppelt ist, wobei ein erster Kraftspeicher, insbesondere eine unter Druckspannung stehende erste Schraubenfeder (1 1 6), den Betätiger (1 10) in Richtung auf das Stößelmittel (101 , 106) vorspannt.
Bei den bekannten Vorrichtungen kommt eine Steuerfläche, beispielsweise eine Nocke, die an einem zu überwachenden, translatorisch oder rotatorisch bewegbaren Gegenstand angebracht ist, in Kontakt mit dem Stößelmittel der Vorrichtung und betätigt, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Betätigerelements, das elektrische Schaltelement der Vorrichtung. Beim Einsatz in elektromagnetischen Bremsen werden Grenztaster sehr hohen Beschleunigungen beim Betätigen der Bremse ausgesetzt, insbesondere treten hohe Beschleunigungskräfte in axialer Richtung bezogen auf die Stößelmittel bzw. den Betätiger auf. Der Grenztaster wird durch die hohen Beschleunigungskräfte mechanisch stark beansprucht.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die bei einer insbesondere axial kleinen Baugröße auch bei hohen Beschleunigungskräften während des Schaltvorganges ein einwandfreies Schaltverhalten bietet und mechanisch stabil ist, insbesondere einen mechanischen Überlastschutz für das Schaltelement aufweist.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß Anspruch 1 hält der erste Kraftspeicher den Betätiger in Richtung auf das Stößelmittel vorgespannt und reduziert dadurch den Leerhub auf ein
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Minimum, der sich insbesondere aufgrund der auftretenden hohen Beschleunigungskräfte nachteilig auf die mechanische Stabilität des Schalterelements auswirken würde. Durch das Umgreifen des Schaltelements durch den ersten Kraftspeicher wird die Vorspannung in platzsparender Weisung realisiert, insbesondere wird die axiale Baulänge der Vorrichtung minimiert. Der erste Kraftspeicher kann entweder durch eine Schraubenfeder oder durch ein anderes, aus dem Stand der Technik bekanntes federelastisch verformbares Element gebildet sein, beispielsweise durch eine Tellerfeder, durch einen Kautschukring oder dergleichen. Wesentlich ist lediglich, daß der erste Kraftspeicher so ausgestaltet und angeordnet ist, daß er eine möglichst kurze axiale Baugröße der Vorrichtung ermöglicht.
Gemäß Anspruch 2 weist die Vorrichtung einen Anschlag für die axiale Bewegung des Betätigers auf, an dem der topfförmige Abschnitt des Betätigers in einer Endposition in Anlage ist. Durch das Umgreifen des Schaltelements durch den einen Anschlag erfahrenden topfförmigen Abschnitt ist eine verkürzte axiale Bauweise der Vorrichtung möglich. Denkbar ist insbesondere auch, daß der topfförmige Abschnitt des Betätigers das Schaltelement vollständig aufnimmt. Der topfförmige Abschnitt kann eine zusammenhängende teil- oder vollkreisförmige Mantelfläche aufweisen oder eine fingerförmige Struktur mit sich in axialer Richtung erstreckenden umfänglichen Fingern. Auf der dem Stößelmittel zugewandten Seite weist der Betätiger vorzugsweise eine axial zentrische oder ringförmige Erhebung auf. Der Betätiger ist vorzugsweise einstückig und rotationssymmetrisch ausgebildet. Der von der Vorrichtung gebildete mechanische Anschlag für den topfförmigen Abschnitt des Betätigers nimmt die gegebenenfalls auftretenden hohen Beschleunigungskräfte auf und bildet einen wirksamen Schutz für die elektrischen Kontakte des
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Schaltelements, ohne daß dadurch die axiale Baulänge der Vorrichtung vergrößert ist.
Gemäß Anspruch 3 ist das Schaltelement an einer beispielsweise in die Vorrichtung einschraubbaren Klemmbuchse festgelegt. Dadurch wird eine Positionierung des Schaltelements innerhalb der Vorrichtung und beispielsweise eine Schaltpunkteinstellung vereinfacht. Darüber hinaus ist der Montageaufwand minimiert.
Gemäß Anspruch 4 bildet die Klemmbuchse den Anschlag für den topfförmigen Abschnitt des Betätigers. Soweit die Klemmbuchse in der Vorrichtung einstellbar festlegbar ist, beispielsweise einschraubbar ist, ist dadurch auch der Anschlag bzw. der maximale Verfahrweg des Betätigers einstellbar.
Gemäß Anspruch 5 ist der erste Kraftspeicher radial zwischen dem Schaltelement und dem topfförmigen Abschnitt des Betätigers angeordnet und stützt sich an der Bodenfläche des Betätigers ab, an der auch ein Stellglied des Schaltelements in Anlage ist. Durch diese Anordnung läßt sich die radiale und axiale Baugröße der Vorrichtung auf ein Minimum reduzieren. Alternativ dazu könnte der erste Kraftspeicher auch den topfförmigen Abschnitt des Betätigers umgreifen und sich beispielsweise an einer ringförmigen Schulter des Betätigers abstützen.
Gemäß Anspruch 6 befindet sich zwischen Betätiger und Stößelmittel eine Membran, beispielsweise eine Gummimembran, die der Dämpfung der Beschleunigungskräfte und insbesondere der Abdichtung gegenüber Verunreinigungen durch Staub, Abrieb und/oder Feuchtigkeit des das Schaltelement aufnehmenden Schaltraumes der Vorrichtung gegenüber
5 dem die Stößelmittel aufnehmenden und gegenüber dem Außenraum der Vorrichtung in der Regel nicht hermetisch dicht abgeschlossenen Teil der Vorrichtung dient.
Gemäß Anspruch 7 wirkt zwischen dem Stößelelement und dem Betätigungsbolzen ein unter Druckspannung stehender zweiter Kraftspeicher, insbesondere eine unter Druckspannung stehende zweite Schraubenfeder. Diese Anordnung dient dem elastischen Längenausgleich der Stößelmittel, wenn der Betätiger bereits an seinem Anschlag anliegt, aber die Stößelmittel weiterhin eine von außerhalb der Vorrichtung aufgebrachte Betätigungskraft erfahren.
Gemäß Anspruch 8 ist sichergestellt, daß beim Auslenken des zweiten Kraftspeichers die auf die Vorrichtung einwirkende Kraft größer ist als die Kraft, die zum Betätigen des Schaltelements erforderlich ist. Dadurch ist sichergestellt, daß die in dem zweiten Kraftspeicher speicherbare Energie bzw. Kraft ausreicht, um die elektrische Verbindung zu schalten bzw. das Schaltglied auszulenken.
Gemäß Anspruch 9 ist der Betätigungsbolzen an einem Ende in einer an einer Gewindehülse der Vorrichtung festgelegten Lochscheibe axial geführt. An seinem gegenüberliegenden Ende ist der Betätigungsbolzen in einer Haltebuchse geführt, die ihrerseits wiederum in dem Stößelelement geführt ist. Dadurch ergibt sich eine sichere und insbesondere raumsparende Führung der Stößelmittel in der Vorrichtung.
Gemäß Anspruch 10 weist die Vorrichtung einen dritten Kraftspeicher auf, der sich an der Lochscheibe abstützt und auf die Stößelmittel einwirkt und insbesondere das Stößelelement in einer mit einem Ende nach außerhalb
6 der Vorrichtung hinausragenden Ausgangsposition hält. Der Überstand des Stößelelements wird durch das Zusammenwirken einer Auskragung des Stößelelements und eines ringförmigen Absatzes in der Gewindehülse definiert. Für bestimmte Anwendungsfälle weist das Stößelelement an seinem aus der Vorrichtung herausragenden Ende eine im wesentlichen halbkugelförmige Form auf, beispielsweise mittels einer in das Stößelelement eingesetzten Kugel.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Grenztasters im Querschnitt.
Der Grenztaster weist an einem vorderen axialen Ende ein Stößelelement 101 auf, das in einer axialen Bohrung der Gewindehülse 102 geführt ist und eine ringförmige Nut 103 zur Aufnahme eines Schmiermittels aufweist. Das Stößelelement 101 ist topfförmig ausgebildet und weist insbesondere eine ringförmige Auskragung 104 auf, die zusammen mit einer an der Gewindehülse 102 ausgebildeten ringförmigen Schulter 105 einen mechanischen Anschlag für die Bewegung des Stößelelements in Richtung auf das vordere Ende des Grenztasters bildet.
Ein ebenfalls topfförmiger Betätigungsbolzen 106 ist mittels einer Haltebuchse 107 im Hohlraum des topfförmigen Stößelelements 101
7 geführt. Auch der Betätigungsbolzen 106 weist eine ringförmige Auskragung auf, die zusammen mit einer ringförmigen Schulter der Haltebuchse 107 als mechanischer Anschlag für die Bewegung des Betätigungsbolzens 106 in Richtung auf das Schaltelement 1 19 dient. Das Stößelelement 101 , der Betätigungsbolzen 106 und die Haltebuchse 107 sind koaxial ausgerichtet und bilden die Stößelmittel. Eine dritte Schraubenfeder 108, die sich an einem Ende an dem Stößelelement 101 oder der Haltebuchse 107 abstützt und mit ihrem anderen Ende an einer mit der Gewindehülse 102 fest verbundenen Lochscheibe 109 abstützt, hält das Stößelelement 101 federkraftbelastet in der dargestellten vorderen
Anlage. Die Lochscheibe 109 dient mit ihrer zentrischen Öffnung darüber hinaus der axialen Führung des Betätigungsbolzens 106.
Zwischen dem Betätigungsbolzen 106 und dem Betätiger 1 10 des elektrischen Schaltelements 1 19 liegt eine Membran 1 12, die durch eine Druckscheibe 1 1 3 gegen eine dritte Schulter der Gewindehülse 102 gepreßt ist, und beispielsweise aus Kunststoff, Gummi oder Stahl besteht. Die Kraft auf die Drehscheibe 1 13 wird durch Einschrauben einer Klemmbuchse 1 14 in die Gewindehülse 102 bereitgestellt. Die Hülse 1 1 5 schützt das Schaltelement 1 1 9 vor Feuchtigkeit, Verunreinigung und/oder mechanischer Beschädigung und bildet einen Anschlußraum für eine nicht dargestellte Leitung oder zur Aufnahme eines Steckverbinders. Der Hohlraum kann mit Gießharz ausgegossen werden.
Der auf der dem Betätigungsbolzen 106 gegenüberliegenden Seite der
Membran 1 12 anliegende Betätiger 1 10 weist einen topfförmigen Abschnitt auf, der ein Gewindeteil 1 1 1 des Schaltelements 1 19 umfänglich umfaßt. Eine radial zwischen dem topfförmigen Abschnitt und dem Gewindeteil 1 1 1 des Schaltelements 1 19 angeordnete, sich an dem Betätiger 1 10 und
8 der Klemmbuchse 1 14 abstützende und unter Druckspannung stehende erste Schraubenfeder 1 16 sorgt für eine federkraftbelastete und stete Anlage des Betätigers 1 10 an der Membran 1 12 und damit für eine stete Kopplung des Betätigers 1 10 mit dem Betätigungsbolzen 106 und damit mit dem Stößelelement 101.
In den einander zugewandten Hohlräumen des Betätigungsbolzens 106 und des Stößelelements 101 ist eine unter Druckspannung stehende zweite Schraubenfeder 1 18 angeordnet. Die Kraft zur Auslenkung der zweiten Schraubenfeder 1 18 ist größer als die Summe der beiden Kräfte zur
Auslenkung der ersten Schraubenfeder 1 16 und des Schaltelements 1 19 bzw. des Stellgliedes 120. Das Gewindeteil 1 1 1 des Schaltelements 1 19 dient der Aufnahme und Führung des Stellgliedes 120, das an seinem vom Betätiger 1 10 entfernten Abschnitt mindestens einen elektrischen Kontakt der zu schaltenden Verbindung trägt. Die Klemmbuchse 1 14 weist einen ersten ringförmigen Absatz 1 1 7 auf, der einen mechanischen Anschlag für den topfförmigen Abschnitt des Betätigers 1 10 bildet. Radial zwischen dem Schaltelement 1 1 9 und dem ersten Absatz 1 1 7 ist ein zweiter, vorzugsweise ringförmiger Absatz angeordnet, an dem ein erstes Ende der ersten Schraubenfeder 1 16 in Anlage ist, deren zweites Ende ebenso wie das Stellglied 120 des Schaltelements 1 19 an der Bodenfläche des Betätigers 1 10 in Anlage ist. Die elektrischen Leitungen werden an den Anschlüssen 121 des Schaltelements 1 19 angeschlossen und aus dem Grenztaster nach unten herausgeführt. Die Gesamtlänge des Grenztasters beträgt 40 mm. Das Kopfteil besitzt ein M 12 x 1 Außengewinde.