Elektrischer Schalter

Abstract

 Der elektrische Schalter hat einen schwenkbaren Kontaktbügel (18), der in einem Schneidenlager (22) an einer Lötfahne (20) gehalten ist. Ein Nockenteil (30) besitzt einen Nockenvorsprung (32) und eine hieran mit steiler Seitenflanke angebrachte, radial nach außen vorspringende Nase (34), weiche mit einem in Richtung auf das Nockenteil hin weisenden Bogen (40) des Kontaktbügels (18) in Berührung bringbar ist. Der Kontaktbügel ist durch eine Feder (26) in Richtung auf das Nockenteil vorgespannt. Durch die steile Seitenflanke der Nase (34) und eine entsprechende steile Seitenflanke (41) des Bogens (40) des Kontaktbügels (18) wird eine hohe Übersetzung der Drehbewegung des Nokkenteils für die Schwenkbewegung des Kontaktbügels erreicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit einem schwenkbaren Kontaktbügel, einem drehbaren Betätigungsorgan für den Kontaktbügel, einer Kontaktfahne mit der der Kontaktbügel in und außer Berührung bringbar ist und einer elektrisch mit dem Kontaktbügel verbundenen Lötfahne. Derartige Schalter sind allgemein bekannt und im Handel erhältlich. Das Betätigungsorgan ist hierbei ein Sprung- bzw. Überholglied, das bei zunehmender Bewegung des Betätigungsorgans zunächst nur über eine_Feder vorgespannt wird und dann nach Erreichen einer bestimmten Grenzstellung schlagartig in einer Richtung schnellt um den Schalter zu betätigen, d.h. zu öffnen oder zu schließen. Derartige Schalter dienen primär dazu, verhältnismäßig große elektrische Ströme zu schalten, bei denen die Gefahr der Funkenbildung und damit auch des Kontaktabbrandes besteht. Es ist daher wichtig, eine möglichst schnelle Bewegung des Schaltbügels zu erzielen, unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungsorgans.

[0002] Die bekannten Schalter mit Sprung- bzw. Überholglied weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So ist nicht gewährleistet, daß durch einen Lichtbogen miteinander verschweißte Kontakte wieder geöffnet werden können, da die Kraft für die Betätigung des Schaltbügels von der Stärke der Feder bestimmt ist. Auch sind diese Schalter mechanisch verhältnismäßig aufwendig, kompliziert zu montieren und daher teuer in der Herstellung.

[0003] Mit der Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, den elektrischen Schalter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln stets eine schnelle Schaltbewegung des Kontaktbügels erzielt wird und eventuell miteinander verschweißte Kontakte sicher getrennt werden.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Betätigungsorgan ein Nockenteil ist, das einen Nockenvorsprung und eine hieran angebrachte, radial nach außen vorspringenden Nase mit steiler Seitenflanke aufweist, daß der Kontaktbügel einen in Richtung auf das Nockenteil hin weisenden Bogen aufweist und daß der Kontaktbügel durch eine Feder in Richtung auf das Nockenteil vorgespannt ist.

[0005] Durch die steile Seitenflanke der Nase, die mit der Seitenflanke am Bogen des Kontaktbügels zusammenwirkt wird eine Drehbewegung des Nockenteiles um einen geringen Winkelbetrag in eine verhältnismäßig große Hubbewegung des Kontaktbügels übersetzt. Eventuell verschweißte Kontakte werden bei Betätigung des Nockenteils zwangsweise getrennt.

[0006] Vorzugsweise ist die Steilheit der Seitenflanke der Nase dergestalt, daß.in der Drehstellung des Nockenteils, bei der eine erste Berührung zwischen der Seitenflanke der Nase und einer Vorderflanke des Bogens des Kontaktbügels auftritt, die Vorderflanke des Bogens des Kontaktbügels und die Seitenflanke der Nase im wesentlichen in einer Linie liegen. Hierdurch wird eine besonders große "Übersetzung" der Drehbewegung des Nockenteils in eine Schwenkbewegung des Kontaktbügels erreicht. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen einem formschlüssig mit dem Nockenteil verbundenen Antriebszapfen und einer entsprechenden Ausnehmung des Nockenteils in Drehrichtung ein Lagerspiel vorhanden. Durch dieses Lagerspiel wird erreicht, daß das Nockenteil weiter springt, wenn die Nase einen Totpunkt am Bogen des Kontaktbügels erreicht hat, unabhängig von einer weiteren Drehung des Antriebszapfens. Hierdurch wird ein sprunghaftes Schließen des Kontaktes erreicht, wodurch auch ein hör- und fühlbarer "Klickeffekt" entsteht. Die für diese Bewegung des Nockenteils erforderliche Kraft wird durch die Feder und das Zusammenwirken der Flanken der Nase und des Bogens erzeugt. Im eingeschalteten Zustand ist der Kontaktbügel in Ruhestellung und das Nockenteil liegt nicht an dem Kontaktbügel an, so daß keine Reibungskräfte in weiteren Anbauelementen durch den Schalter verursacht werden. Auch Abbrand hat somit keinen Einfluß auf die Funktion des Schalters.

[0007] Vorzugsweise ist das erwähnte Lagerspiel mindestens so groß, daß das Nockenteil gegenüber dem Antriebszapfen um einen solchen Winkelbetrag drehbar ist, daß das Nockenteil von einer Totpunktstellung in eine stabile Lage drehen kann. Dieser Winkelbetrag entspricht vorzugsweise etwa der Breite der Nase, gemessen als Winkel ausgehend vom Drehpunkt des Nockenteils. Dieser Winkelbetrag beträgt etwa 3 - 5°.

[0008] Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die den Kontaktbügel in Richtung auf das Nockenteil vorspannende Feder so eingebaut, daß ihre Wirkrichtung gegenüber einer vom Drehpunkt des Nockenteils zum Fußpunkt der Feder verlaufenden Linie einen spitzen Winkel bildet. Hierdurch wird erreicht, daß ein Lagerspiel in dem Schwenklager zwischen dem Kontaktbügel und der diesen tragenden Lötfahne keinen Einfluß auf den Schaltvorgang hat, da der Kontaktbügel stets in eine Endstellung des Schwenklagers gedrückt ist.

[0009] Vorzugsweise ist die Einbaulage der Feder so, daß eine Kraftkomponente den Kontaktbügel in Richtung auf die den Kontaktbügel haltenden Lötfahne drückt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Kontaktbügel nicht zufällig aus dem Schneidenlager springen kann.

[0010] Vorzugsweise sind das Nockenteil, der Nockenvorsprung und die Nase aus einem Teil hergestellt und zwar vorzugsweise aus hartem Kunststoff. Hierdurch wird Verschleiß verhindert. Bei einem Prüfmuster des erfindungsgemäßen Schalters wurde nach 25 000 Betätigungen noch kein die einwandfreie Funktion beeinträchtigender Verschleiß festgestellt. Bei diesen Versuchen wurden Einschaltströme von 50 A bei einer Prüfspannung von 30 V durchgeführt, wobei nach 25 000 Schaltungen der Übergangswiderstand kleiner als 80 mJlwar.

[0011] Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Nockenteil bei geschlossenem Schalter außer Eingriff mit dem Kontaktbügel ist, wodurch bei weiterer Drehung des Antriebszapfens, beispielsweise für ein angebautes Potentiometer keine zusätzlichen Reibungskräfte durch den Schalter.verursacht werden.

[0012] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den geöffneten Schalter;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Schalters in Kombination mit einem Drehpotentiometer;

Fig. 3 eine Draufsicht auf Widerstandsbahnen des Drehpotentiometers und

Fig. 4 eine Draufsicht ähnlich Fig. l jedoch in einer anderen Drehstellung des Nockenteiles.

[0013] Zuerst sei auf die Figuren 1 und 4 Bezug genommen. Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Zeichnungen bezeichnen gleiche Teile.

[0014] Der Schalter besitzt ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 2 mit einem Gehäuseboden 4 und senkrecht nach oben ragenden Seitenwänden 6. Ein zylindrischer Lagerzapfen 8 ragt senkrecht vom Gehäuseboden 4 nach oben, jedoch nicht bis zur Höhe der Oberkante der Seitenwände 6. Von den beiden Seitenwänden 6 ragen einander gegenüberliegende Vorsprünge 10 in das Innere des Schaltergehäuses hinein. Ebenso ragen in etwa L-förmige Stege 12 von der den beiden Seitenwänden 6 benachbarten Wand des Gehäuses hervor, so daß ein Schenkel dieser Stege 12 jeweils einem der Vorsprünge 10 im Abstand gegenüber liegt. Zwischen dem jeweiligen Vorsprung 10 und dem zugeordneten Steg 12 ist somit ein Zwischenraum vorhanden, in welchem eine Kontaktfahne 14 bzw. eine Lötfahne 20 festgeklemmt ist. Zusätzlich weist die untere Gehäusewand 2 Nuten zur Aufnahme der Kontaktfahne 14 bzw. der Lötfahne 20 auf. Zur Arretierung der Kontaktfahne 14 bzw. der Lötfahne 20 ragt zusätzlich vom Gehäuseboden 4 ein (nicht dargestellter) Vorsprung nach oben, der in eine entsprechende Ausnehmung an der Unterseite der Kontaktfahne 14 bzw. der Lötfahne 20 hineinragt und somit diese beiden Fahnen auch in ihrer Axialrichtung festhält. Gegen Herausfallen sind die beiden Fahnen durch eine Gehäuseschließplatte 50 (Fig. 3) gesichert. An der Lötfahne 20 ist ein Kontaktbügel 18 über ein Schneidenlager 22 gehalten. Der Kontaktbügel 18 erstrecktsich von der ihn haltenden Lötfahne 20 zu der Kontaktfahne 14, welche an ihrem im Gehäuse liegenden Ende L-förmig umgebogen ist und an der dem Ende des Kontaktbügels 18 gegenüberliegenden Seite einen Kontakt 16 aufweist, beispielsweise in Form einer eingepreßten Kugelkalotte. Durch Schwenken des Kontaktbügels 18 kann dessen dem Kontakt 16 gegenüberliegende Kontaktfläche 42 in und außer Berührung mit dem Kontakt 16 gebracht werden.

[0015] Der Kontaktbügel 18 besitzt einen in Richtung zu dem Lagerzapfen 8 hin weisenden Bogen 40, der über seine Seitenflanken (41) in die im wesentlichen geradlinig verlaufenden Teile des Kontaktbügels einmündet. Zwischen dem Bogen 40 und dem Schneidenlager 22 besitzt der Kontaktbügel 18 eine Verjüngung 24, welche zur Zentrierung einer Feder 26 dient, die hier als Schraubenfeder ausgebildet ist. Diese Feder 26 ist in einer Führung 28 gehalten, welche durch die beiden Stege 12 gebildet wird. Die Mittelachse der Feder ist unter einem Winkel α gegenüber einer Linie geneigt, die den Fußpunkt der Feder mit dem Mittelpunkt des Drehzapfens verbindet. Der Winkel α ist hierbei. ein spitzer Winkel, wobei die Feder so geneigt ist, daß eine Kraftkomponente den Kontaktbügel 18 in Richtung zu der Lötfahne 20 hin drückt. Die Hauptkraftkomponente drückt jedoch den Kontaktbügel 18 in Richtung auf den Lagerzapfen 8.

[0016] Auf dem Lagerzapfen 8 ist ein Nockenteil 30 drehbar gelagert. Das Nockenteil 30 besitzt einen Nockenvorsprung 32, dessen radial nach außen weisende Seite einen Krümmungsradius aufweist, der im wesentlichen dem Radius vom Mittelpunkt des Lagerzapfens 8 zu der radial außen liegenden Seite des Nockenvorsprunges 32 entspricht. An einer Seite des Nockenvorsprunges 32 ist eine Nase 34 angebracht, die radial nach außen vorspringt und einen verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius hat. Die Nase mündet auf ihrer einen Seite in eine steile Seitenflanke 35 des Nockenvorsprunges und auf ihrer anderen Seite in die radial außen liegende Seite des Nockenvorsprunges 32.

[0017] Das Nockenteil 30 besitzt eine kreisrunde, mittige Bohrung 38, die an den Durchmesser des Lagerzapfens 8 angepaßt ist. Diese Bohrung geht jedoch nicht vollständig durch das Nockenteil 30 hindurch. Vielmehr mündet diese Bohrung in eine Ausnehmung 36, die eine formschlüssige Verbindung mit einem Antriebszapfen 48 erlaubt. Im dargestellten Auslührungsbeispiel hat diese Ausnehmung zwei parallel zueinander gegenüberliegend verlaufende geradlinige Wände, die als Sekante zu dem Kreis der Bohrung 38 verlaufen.

[0018] Zwischen dem Antriebszapfen 48 und der Ausnehmung 36 ist ein Lagerspiel vorgesehen, das bei festgehaltenem Antriebszapfen eine Schwenkung des Nockenteiles 30 um den Winkel ß erlaubt. Dieser Winkel β entspricht in etwa der Breite der Nase 34 gemessen als Winkel vom Mittelpunkt des Lagerzapfens 8.aus gesehen.

[0019] Schließlich weist das Gehäuse 2 noch Befestigungsbohrungen 44 bzw. 46 auf, von denen die Bohrungen 44 Durchgangsbohrungen sind und im dargestellten Ausführungsbeispiel die Bohrungen 46 als Blindbohrungen ausgelegt sind. Die Gehäusewandung weist im Bereich dieser Bohrungen entsprechende Verdickungen auf.

[0020] Im folgenden sei die Wirkungsweise des Schalters erläutert. In Fig. 1 ist der Schalter geöffnet, wobei sich der Bogen 40 des Kontaktbügels 18 auf der Außenseite des Nokkenvorsprunges 32 abstützt und durch die Kraft der Feder 26 gegen diesen gedrückt wird. Zum Schließen des Schalters wird das Nockenteil in Fig. 1 im Uhrzeigersinn gedreht. Hierdurch gelangt die Nase 34 mit dem Bogen in Eingriff und drückt den Kontaktbügel noch etwas nach unten. Wenn der radial äußerste Teil der Nase 34 den Scheitelpunkt des Bogens 40 erreicht hat, so ist die Abwärtsbewegung des Kontaktbügels 18 beendet und es ist eine "Totpunktlage" erreicht. Wird nun das Nockenteil 30 geringfügig weiter im Uhrzeigersinn gedreht, so übt die nun mit der Nase 34 in Berührung kommende Vorderflanke 41 des Bogens 40 ein Drehmoment auf das Nockenteil 30 aus, welches sich dann aufgrund des Spiels zwischen Antriebszapfen 48 und Ausnehmung 36 unabhängig von einer Drehung des Antriebszapfens 48 drehen kann, bis die in Fig. 4 gezeigte Stellung erreicht ist und der Schalter geschlossen ist. Hierbei entsteht dann auch ein hör- und fühlbarer Klickeffekt. Auch wird der Schalter durch die Federkraft sehr schnell geschlossen, so daß Einschaltstromspitzen keine nennenswerten Funken und damit Verschweißungen zwischen Kontakt 16 und Kontaktfläche 42 hervorrufen können. Die Kraft der Feder 26 beträgt etwa 3 bis 4 Newton bei geschlossenem Schalter, wodurch auch ein definierter Kontaktdruck erreicht wird.

[0021] Zum Öffnen des Schalters wird das Nockenteil 30 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, bis zunächst die in Fig. 4 dargestellte Lage erreicht ist, bei der die beiden Seitenflanken 35 und 41 miteinander in Berührung kommen. In dieser Lage liegen diese Seitenflanken 35 und 41 im wesentlichen in einer Linie. Bei weiterer Drehung des Nockenteils 30 gegen den Uhrzeigersinn wird der Kontaktbügel 18 durch die Nase 34 nach unten gedrückt, wodurch der elektrische Kontakt geöffnet wird. Aufgrund der Steilheit der Seitenflanken 35 und 41 genügt eine Drehung des Nockenteils 30 um einen sehr kleinen Winkelbetrag, um den vollen Hub zum Öffnen des Schalters zu erreichen. Eventuelle Funken zwischen den sich öffnenden Kontakten werden durch den sich rasch vergrößernden Abstand schnelll gelöscht. Sobald die Nase 34 die erwähnte Totpunktstellung geringfügig überschritten hat, schnappt das Nockenteil aufgrund des Lagerspiels wieder in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurück, wobei wieder der hör- und fühlbare Klickeffekt auftritt.

[0022] Damit das Nockenteil 30 nicht so weit gegen den Uhrzeigersinn weitergedreht werden kann, daß der Bogen 40 nicht mehr auf dem Nockenvorsprung 32 aufliegt, ist ein Drehbegrenzungsanschlag vorgesehen, der in Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wird.

[0023] Fig. 2 zeigt den Schalter der Erfindung in Kombination mit einem Drehpotentiometer. Das Gehäuse 2 des Schalters ist durch eine Gehäuseschließplatte 50 verschlossen, wobei lediglich eine Öffnung für den Antriebszapfen 48 vorgesehen ist. Dieser Antriebszapfen ist Bestandteil einer Drehwelle 58, an welcher auch Schleifer 56 für das Drehpotentiometer angebracht sind. Die Drehwelle 58 ist in einem Potentiometergehäuse 60 gelagert. Angrenzend an die Isolierplatte 50 ist ein Abschirmblech 52 vorgesehen, an welcher dann eine Widerstandsplatte 54 des Drehpotentiometers angebracht ist. Die entsprechenden Kontakte des Drehpotentiometers sind über Lötfahnen 66, 68 und 70 zugänglich, welche gleichsinnig zu der Lötfahne 20 bzw. der Kontaktfahne 14 herausragen. Das Potentiometergehäuse _' 60, die Widerstandsplatte 54, das Abschirmblech 52, die Isolierplatte 50 und das Schaltergehäuse 2 sind über zwei Nieten miteinander verbunden (vgl. die Bohrungen 44 in Fig. l). Aus Fig. 3 sind entsprechende Bohrungen der Widerstandsplatte 54 erkennbar.

[0024] An der Drehwelle 58 ist ein radial nach außen vorspringender Anschlag 72 angebracht, der gegen einen entsprechenden Gegenanschlag im Potentiometergehäuse 60 zum Anschlag kommt und damit die oben geschilderte Begrenzung für die Drehbewegung des Schalters festlegt.

[0025] Durch Drehung der Drehwelle 58 kann in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Schalter ein- und ausgeschaltet werden und zusätzlich kann bei eingeschaltetem Schalter das Drehpotentiometer betätigt werden. Dieses Drehpotentiometer kann beispielsweise die in Fig. 3 gezeigten Widerstandsbahnen 62 und 64 haben, welche mit den Schleifern 56 in Berührung stehen.

[0026] Abschließend sei noch erwähnt, daß das Schneidenlager 22 zwischen dem Kontaktbügel 18 und der Lötfahne 20 eine selbstreinigende Wirkung hat, was die Funktionssicherheit erhöht.

[0027] Sämtliche in den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Ansprüche

1. Elektrischer Schalter mit einem schwenkbaren Kontaktbügel, einem drehbaren Betätigungsorgan für den Kontaktbügel, einer Kon iktfahne, mit.der der Kontaktbügel in und außer Berührung bringbar ist und einer elektrisch mit dem Kontaktbügel verbundenen Lötfahne, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan ein Nockenteil (30) ist, das einen Nockenvorsprung (32) und eine hieran angebrachte, radial nach außen vorspringende Nase (34) mit steiler Seitenflanke (35) aufweist, daß der Kontaktbügel (18) einen in Richtung auf das Nockenteil hin weisenden Bogen (40) aufweist und daß der Kontaktbügel (18) durch eine Feder in Richtung auf das Nockenteil vorgespannt ist.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steilheit der Seitenflanke (35) der Nase (34) dergestalt ist, daß in der Drehstellung des Nockenteiles (30), bei der eine erste Berührung zwischen der Seitenflanke (35) der Nase (34) und einer Vorderflanke (41) des Bogens (40) des Kontaktbügels (18) auftritt, die Vorderflanke (41) des Bogens (40) des Kontaktbügels (18) und die Seitenflanke (35) der Nase (34) im wesentlichen in einer Linie liegen.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen einem formschlüssig mit dem Nockenteil (30) verbundenen Antriebszapfen (48) und einer entsprechenden Ausnehmung (36) des Nockenteils (30) in Drehrichtung ein Lagerspiel vorhanden ist.

4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Lagerspiel mindestens so groß ist, daß das Nockenteil (30) gegenüber dem Antriebszapfen (48) um einen solchen Winkelbetrag (ß) drehbar ist, daß das Nockenteil (30) von einer Totpunktstellung in eine stabile Lage drehen kann.

5. Elektrischer Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkelbetrag (β) etwa der Breite der Nase (34) gemessen als Winkel ausgehend vom Drehpunkt des Nockenteils (30) entspricht.

6. Elektrischer Schalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkelbetrag (ß) 3 - 5° beträgt.

7. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , daß die Wirkrichtung der den Kontaktbügel (18) in Richtung auf das Nockenteil (30) vorspannenden Feder (26) gegenüber einer vom Drehpunkt des Nockenteils (30) zum Fußpunkt der Feder (26) verlaufenden Linie einen spitzen Winkel (α) bildet.

8. Elektrischer Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftkomponente der Feder (26) den Kontaktbügel (18) in Richtung auf die den Kontaktbügel (18) haltende Lötfahne (20) drückt.

9. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Nockenteil (30) mit Nockenvorsprung (32) und Nase (34) einstückig aus hartem Kunststoff ist.

10. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Nockenteil (30) bei geschlossenem Schalter außer Eingriff mit dem Kontaktbügel (18) ist.

Zeichnung