DE4439291C1 - Schnappschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schnappschalter mit wenigstens zwei Kontakten und wenigstens einer Kontaktbrücke, welche an einem Schaltstößel befestigt ist, und mit einem als Blattfeder ausgebildeten Schnappfederelement mit einer teilweise negativen Federkennlinie und einer mittig angeordneten Schaltstößelaufnahme, in der der Schaltstößel angeordnet ist.

Derartige Schnappschalter finden einen immer größer werden­ den Anwendungsbereich, da durch den Schnappeffekt die Schaltgeschwindigkeit vergrößert wird, wodurch ein durch einen beim Schalten entstehenden Lichtbogen verursachter Ab­ brand der Kontakte verringert wird. In einem bekannten Schnappschalter ist ein Schnappfederelement angeordnet, wel­ ches aus zwei im Winkel zueinander angeordneten Spiralfe­ dern besteht, deren einander zugewandten Enden eine Schalt­ stößelaufnahme bilden. Der Schaltstößel ist so zwischen den Spiralfedern 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 Schnappschalter 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 einen eingangs genannten Schnappschalter derart auszubilden, daß er eine vereinfach­ te Bauform hat und der Schaltstößel nach Betätigung selbst­ tätig wieder in seine Ruhelage bewegt wird, wobei der Betä­ tigungsweg 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 Unteransprü­ chen.

Gemäß der Erfindung hat das Schnappfederelement des Schnappschalters beidseitig der Schaltstößelsaufnahme 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 Feder­ kennlinie eine so große Rückstellkraft, daß ein in der Schaltstößelaufnahme angeordneter Schaltstößel selbständig wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schnappschal­ ters ist es nunmehr möglich, einen mittig im Federelement angeordneten Schaltstößel nach seiner Auslenkung ohne wei­ tere Bauelemente wieder in seine Ausgangslage zurückzu­ bringen. Durch unterschiedliche Dimensionierungen kann das erfindungsgemäße Federelement für unterschiedliche Rück­ stellkräfte und Schaltwege ausgelegt werden. So kann das Federelement so ausgelegt werden, daß es beispielsweise eine Rückstellkraft von bis zu 10 N (Newton) hat und sich der negative Bereich der Federkennlinie 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 Federelement ver­ binden.

Der Schaltstößel läßt sich besonders leicht mit dem Feder­ element verbinden, wenn die Blattfederteile im Bereich der Schaltstößelaufnahme nicht miteinander verbunden sind. Hier­ durch kann der Schaltstößel seitlich in die aus den beiden gegenüberstehenden Enden der Blattfederteile eingeschoben 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 Federelement ist besonders leicht zu hand­ haben, da es einstückig ausgebildet sein kann. In vorteil­ hafter Weise kann es aus einem ausgestanzten Blech beste­ hen. Darüber hinaus wirkt sich das kranzförmige Blattfeder­ teil sehr günstig auf die Funktion des Federelements aus.

Das Federelement wird in vorteilhafter Weise aus Federstahl hergestellt. Es können jedoch auch andere Materialien, 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 dem 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 Federelement zur Schaltstößelaufnahme hin symmetrisch ausgebildet sein, wie es eine weitere besondere Ausführungs­ form der Erfindung vorsieht. Hierdurch wird erreicht, 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 eine schematische Anordnung eines Schnappschalters gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Anordnung eines erfindungsge­ mäßen Schnappschalters in Ruhestellung,

Fig. 3 eine schematische Anordnung eines erfindungsge­ mäßen Schnappschalters in Arbeitsstellung,

Fig. 4 eine Kennlinie eines erfindungsgemäßen Feder­ elementes,

Fig. 5 eine Draufsicht und

Fig. 6 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schnappfederelements.

Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, weist ein herkömm­ licher Schnappschalter ein Federelement 1′ mit zwei Spiral­ federn 3′, 4′ auf, welche in einem Winkel zueinander ange­ ordnet sind. Die beiden zueinander angeordneten Enden der Federn 3′, 4′ bilden eine Schaltstößelaufnahme 2′, in der sich ein Schaltstößel 21 befindet. Wird der Schaltstößel 21 in die durch den Pfeil A′ angezeigte Betätigungsrichtung be­ wegt, werden die Federn 3′, 4′ zusammengedrückt und verän­ dern ihren Winkel zueinander. Es muß solange eine Kraft in Betätigungsrichtung aufgebracht werden, bis die beiden Fe­ dern 3′, 4′ einen Winkel von 180° bilden, das heißt axial ausgerichtet sind. Nach Überschreitung dieser Stellung wir­ ken Komponenten der Federkraft in die Betätigungsrichtung. Die Komponenten der Federkraft addieren sich somit zur Betä­ tigungskraft. Hierdurch tritt ein Schnappeffekt auf. Da die Federn 3′, 4′ nicht selbsttätig in ihre Ausgangsstellung zu­ rück gelangen können, ist unterhalb des Schaltstößels eine weitere Feder angeordnet. 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 ein ähnlicher Schalter gezeigt wie in Fig. 1, jedoch mit einem neuartigen Schnappfederelement 1. Das Schnappfederelement 1 hat eine mittig angeordnete Schalt­ stößelaufnahme 2, in der sich der Schaltstößel 21 befindet. Die Schaltstößelaufnahme 2 wird aus zwei abgebogenen Enden 5, 6 von S-förmig verlaufenden Blattfederteilen 3, 4 gebil­ det. Die S-förmig verlaufenden Blattfederteile 3, 4 haben eine obere Halbwelle 12, 13 und eine untere Halbwelle 10, 11. Die den abgebogenen Enden 5, 6 abgewandten Enden 7, 8 der S-förmigen Blattfederteile 3, 4 sind mit einem kranz­ förmigen Blattfederteil 9 verbunden.

Durch das Aufbringen einer Betätigungskraft in Betätigungs­ richtung A wird der Schaltstößel 21 gegen eine Kraft des Schnappfederelements soweit bewegt, bis die Federkennlinie einen Scheitelpunkt 19 durchläuft (vergl. Fig. 4). Nach die­ sem Punkt wird die durch das Schnappfederelement 1 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 21 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 1 be­ findet, wird an dieser Stelle durch das Schnappfederelement 1 auf den Schaltstößel 21 eine Rückstellkraft ausgeübt.

Wird die Betätigungskraft geringer als die Rückstellkraft des Schnappfederelements 1 im weiteren Scheitelpunkt 20, wird der Schaltstößel 21 wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt. Es sind somit keine besonderen baulichen Maß­ nahmen zur Rückstellung des Schaltstößels 21 vorzusehen.

An dem Schaltstößel 21 ist eine Kontaktbrücke 24 befestigt. Die Kontaktbrücke 24 wird mittels zweier Spiralfedern in einer vorbestimmten Position am Schaltstößel 21 gehalten. In Ruhestellung des Schaltstößels 21 überbrückt die Kontakt­ brücke 24 zwei erste Kontakte 22a und 22b. Die Ruhestellung des Schaltstößels 21 und die Anordnung der Kontaktbrücke 24 am Schaltstößel 21 sind dabei so gewählt, daß die Kontakt­ brücke 24 mit einer vorbestimmten Federkraft auf die Kon­ taktflächen der ersten Kontakte 22a und 22b drückt.

Wird der Schaltstößel 21 in Richtung A betätigt, wird das Schnappfederelement 1 ausgelenkt und schnappt in seine Ar­ beitsstellung. In der Arbeitsstellung überbrückt die Kon­ taktbrücke 24 zwei zweite Kontakte 23a und 23b. Ähnlich wie in Ruhestellung wird die Kontaktbrücke 24 nun mittels der Kraft einer zweiten Feder auf die Kontaktflächen der zwei­ ten Kontakte 23a und 23b gedrückt. In Fig. 3 ist der Schalt­ stößel 21 in betätigter Stellung und das Schnappfederelement 1 in Arbeitsstellung gezeigt.

Wie dem in der Fig. 4 dargestellten Verlauf der Federkraft des Schnappfederelements 1 entnommen werden kann, weist die Federkennlinie des Schnappfederelements 1 einen beson­ ders 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.

Claims (8)

1. Schnappschalter mit wenigstens zwei Kontakten (22a, 22b) und wenigstens einer Kontaktbrücke (24), welche an einem Schaltstößel (21) befestigt ist, und mit einem als Blattfeder ausgebildeten Schnappfederelement (1, 1′) mit einer teilweise negativen Federkennlinie (18) und einer mittig angeordneten Schaltstößelaufnahme (2, 2′), in der der Schaltstößel (21) angeordnet ist, 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. Schnappschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstößelaufnahme (2) aus abgewinkelten Enden (5, 6) der S-förmigen Blattfederteile (3, 4) besteht.

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

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

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