DE69707867T2 - Schaltvorrichtung für elektrische Schaltungen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung hat als Gegenstand eine Schaltvorrichtung für elektrische Schaltungen umfassend die im Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-A-19534611) angeführten Merkmale.
• Wie bekannt können die Schaltvorrichtungen für elektrische Schaltungen je nach ihrer konstruktiven Typologie verschiedene Funktionen abwickeln, wie beispielsweise als Ein- Ausschalter, als Wechselschalter und ähnliche.
• In der Praxis weist eine jede solcher Vorrichtungen außer einen für die abzuwickelnde Funktion erforderlichen und an einem Tragaufbau angesetzten festen Kontakt, im allgemeinen ein Kippkontaktelement auf, d. h. ein bewegliches Element, das um einen Drehpunkt zwischen zwei Endarbeitsstellungen schwenkbar ist, von denen jede beispielsweise den Stromdurchgang zwischen dem Kippelement und einem der Festkontakte herstellt.
• Die Versetzung des Kippelementes in die eine oder ändere ihrer Arbeitsstellungen wird durch eine Bedienungstaste erreicht, die zwischen zwei stabilen Schaltstellungen von Hand aus betätigbar ist, von denen jede einer der beiden Arbeitsstellungen des genannten Kippelementes entspricht. Die Bedienungstaste übt unter Zwischenschaltung von geeigneten Verbindungselementen und Federmitteln eine elastische Betätigungskraft auf das Kippelement aus, die sich in den Arbeitsstellungen dieses letzteren in einen elastischen Arretierdruck umwandelt, der zwischen dem beweglichen und dem festen Kontakt eine Zusammenpressung verwirklichen, die niemals unterhalb eines vorgegebenen Mindestbetrages sein sollte.
• Beispielsweise bestehen in einer ersten Vorrichtung bekannter Art die Federelemente aus einer Schraubenfeder, die in einer Bedienungstaste eingebracht ist und die Längsachse in einer Ebene liegend aufweist, die zur Ebene des Drehpunktes des Kippelementes senkrecht ist. Zwischen der längs der eigenen Längsachse sich verkürzenden oder verlängernden Feder und dem Kippelement liegt ein kugel- oder gleitschuhförmig ausgebildetes Schubelement, das während der Verstellung der Bedienungstaste zwischen ihren Schaltstellungen auf einem Abschnitt des Kippelementes selbst gleitet, wobei es die Verschwenkung von der einen Arbeitsstellung in die andere mit sich bringt.
• Bei einer zweiten Vorrichtung bekannter Art sind die Federelemente durch einen Längsabschnitt des Kippelementes gebildet, der derart lamellenartig zugeschnitten ist, dass er als Blattfeder wirkt, d. h. als biegsames Element, das mit einem Betätigungsbolzen in Berührung steht, der innen von der Betätigungstaste vorspringt und an derselben festliegt. Auch bei dieser zweiten Vorrichtungsart, gleitet das Ende des Betätigungsbolzens allmählich beim Drücken der Taste und unter Drehung auf der Blattfeder, indem deren elastischen Verformung in einer zum Drehpunkt querliegenden Ebene ausgenützt wird, und verursacht den Übergang des Kippelemente in eine neue Arbeitsstellung.
• Bei einer dritten, im Dokument DE-A-19534611 beschriebenen Vorrichtungsart bestehen die Federmittel aus einer zweigängigen Torsionsfeder, deren Längsachse parallel zum Drehpunkt liegt. Sobald die Taste gedrückt und geschwenkt wird, wirkt sie gegen eine Seite der kurzen Spiralfeder, die Energie speichert. Die kurze Spiralfeder wird an den abgewandten Enden am Kippkontaktelement an zwei Stellen festgehalten, die von der Längsachse beabstandet sind, wodurch bei Drücken der Taste auch die Feder gedrückt wird, die sich um ihre Längsachse so lange aufwickelt, bis die Taste eine Zwischenstellung zwischen zwei Endarbeitsstellungen überwindet. In dieser Situation entlädt die Torsionsfeder die zuerst gespeicherte Energie und das Kippkontaktelement wird von der einen in die andere Endarbeitsstellung umgelegt.
• Der oben kurz beschriebene Stand der Technik weist einige erhebliche Grenzen und Mängel auf.
• Vor allem weisen die beiden genannten Vorrichtungen Elemente auf, die beim Gleiten auf einem Teil des Kippelementes auf diesem letzteren eine nicht vernachlässigbare Reibungskraft verursachen, die der von der Feder oder der Blattfeder ausgeübten, elastischen Reaktion entspricht. Diese Reibungskraft verhindert ein unverzügliches Auslösen oder Sprung von der einen in die andere Endstellung der Taste und daher des durch sie betätigten Kippelementes, wobei der Benutzer gezwungen ist, die Taste für eine bestimmte Zeitdauer derart gedrückt zu halten, dass sie für einen Teil ihrer Verstellung begleitet wird. In der Praxis und vor allem nach zahlreichen Lastwechseln und daher zufolge eines teilweisen Nachgebens der Federelemente können sich in einigen Fällen eine oder mehrere instabile, dazwischenliegende Gleichgewichtsstellungen zwischen den stabilen Endstellungen der Taste und des entsprechenden Kippelementes ergeben, wodurch klare Schäden unter dem Gesichtspunkt der elektrischen Funktionstüchtigkeit herbeigeführt werden.
• Die erwähnte Reibungskraft verursacht überdies mit der Zeit Verschleiß an den Gleitelementen und begrenzt so die wirksame Betriebsdauer der Vorrichtung. Andererseits ist beim Stand der Technik es nicht möglich Federn oder Plattfedern niedriger Federhärte zur Begrenzung der Gleitreibung zu wählen, da die Zusammenpressungen zwischen dem beweglichen Kontakt und den festen Kontakten auf elektrisch angemessene Weise gewährleistet werden müssen.
• Es ist hinzuzufügen, dass die Vorrichtungen bekannter Art wegen ihrer baulichen Ausbildung auf das Kippelement bei allmählicher Annäherung desselben an eine seiner Endarbeitsstellungen elastische Schübe niedrigen Betrages ausüben. Beispielsweise ist bei der ersten genannten Vorrichtung die Druckschraubenfeder in diesen Endstellungen in einem Höchstmass gedehnt und übt in dieser Situation eine niedrigere Federkraft aus. Eventuelle Druckwirkungen auf die Betätigungstaste, die schon eine stabile Endstellung erreicht hat, führen zu einer weiteren Verlängerung des Federelementes und, anstatt die Berührungs- oder Zusammenpresskraft zwischen den Kontakten zu erhöhen, verursachen sie eine Verminderung derselben, d. h. eine teilweise Entlastung zwischen den Kontakten, die in einigen Fällen auch zur Funkenbildung oder Lichtbögen führen kann.
• Diese besonders gefährliche Situation kann auch bei Vorrichtungen vorkommen, die Vibrationen unterliegen, wie dies oftmals bei Anwendungen auf Geräten verschiedener Art vorkommt, die bei leichten Schwankungen der Taste und des Kippelementes um ihre Arbeitsstellungen, Verminderungen der über die Federelemente angewandten Berührungskräfte verursachen können.
• Auch unter einem Gesichtspunkt der Konstruktion weisen die Vorrichtungen bekannter Art einen Aufbau auf, der, um zusammengebaut zu bleiben und auch einfach transportiert werden zu können, den vollständigen Zusammenbau aller seiner Bestandteile und insbesondere der Bedienungstaste erfordert. Dies bildet in einigen Situationen eine schwerwiegende Begrenzung, da die Taste notwendigerweise in einem solchen Fall schon am Anfang des Herstellungsschrittes gewählt werden muss und nicht nachfolgend in Übereinstimmung mit spezifischen Bedürfnissen der Personalisierung oder mit besonderen funktionellen Ansprüchen eventuell hinzugefügt werden kann.
• In dieser Situation Liegt die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende, technische Aufgabe darin, eine Schaltvorrichtung für elektrische Schaltungen zu schaffen, die in der Lage ist, im wesentlichen die genannten Mängel zu beseitigen.
• Im Bereich der genannten technischen Aufgabe liegt ein wichtiges Ziel der Erfindung darin, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, die imstande ist, einen raschen und unverzüglichen, auch körperlich vom Benützer bemerkbaren Übergang von der einen in die andere ihrer Arbeitsstellungen sicherzustellen, sobald die Bedienungstaste auch nur mit einem kurzen Impuls betätigt wird.
• Ein weiteres, wichtiges Ziel liegt darin, eine Vorrichtung hoher Zuverlässigkeit nach einer großen Anzahl von Lastwechseln zu schaffen, die imstande ist, eine große Stabilität in der Zusammenpressung zwischen den elektrischen Kontakten auch bei Vibrationen oder bei weiteren auf die Bedienungstaste ausgeübten, manuellen Drücken sicherzustellen.
• Ein weiteres Ziel liegt darin, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, die wegen ihrer Einfachheit in der Herstellung vorteilhaft ist und einen Aufbau aufweist, der aus Bestandteilen besteht, die für sich eine Einheit bilden, abgesehen von der Montage der Bedienungstaste.
• Die angegebene technische Aufgabe und Ziele werden im wesentlichen durch eine Schaltvorrichtung für elektrische Schaltungen so wie im Anspruch 1 festgelegt gelöst.
• Nun wird beispielsweise und nicht begrenzend die Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Schaltvorrichtung wiedergegeben. Es zeigen,
• Fig. 1 ein Schaubild in Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• Fig. 2 ein teilweise unterbrochenes Schaubild der zusammengebauten Vorrichtung aus Fig. 1;
• Fig. 3 ein Schaubild ähnlich Fig. 2 ohne einigen Teilen, und insbesondere ohne die Betätigungstaste und den Tragaufbaues;
• Fig. 4 einen Schnitt der Vorrichtung aus Fig. 1 gemäß einer zum Drehpunkt des Kippelementes der Vorrichtung senkrechten Mittelebene; und
• Fig. 5, 6 und 7 verschiedene Ausführungsformen einer an der Betätigungstaste festliegenden Nocke.
• Unter Bezugnahme auf die genannten Figuren, ist die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung insgesamt mit der Bezugsziffer 1 angegeben.
• Sie umfasst einen Tragaufbau aus einem Isoliermaterial 2, an dem feste Kontakte stabil in Eingriff kommen können, die mit entsprechenden für die Vorrichtung vorgesehenen, elektrischen Verbindungen versehen sind, z. B. ein erster, mittiger, fester Kontakt 3 und ein Paar von zweiten seitlichen, festen Kontakten 4.
• Am mittigen, festen Kontakt 3 ist ein Kippkontaktelement 5 schwenkbar in Eingriff, das gegenüber einem Drehpunkt 6 zwischen zwei Endarbeitsstellungen beweglich ist. Dieser letztere ist durch ein Paar von um 90º abgekantete Randabschnitte des mittigen, festen Kontaktes 3 festgelegt, die eine scharfe Kante 6a aufweisen, die in einer Ausnehmung 7 aufgenommen wird, die in einem mittigen Abschnitt 5a des Kippelementes 5 auf einer zu den Randabschnitten gerichteten Stirnseite ausgenommen ist.
• Vom mittigen Abschnitt 5a des Kippelementes 5 erstreckt sich eine Eingriffszunge 5b, die durch Schneiden und Abkanten eines Abschnittes des Kippelementes 5 selbst erhalten wird. Die Zunge 5b ist in eine durchgehende Bohrung 3a des festen Kontaktes 3 einsetzbar und ein Ende derselben kann derart abgekantet 5d werden, dass das Kippelement 5 stabil an denselben gebunden wird.
• Am Tragaufbau 2 ist eine Bedienungstaste 8 über ein Paar von vorspringenden Bolzen 8a drehbar in Eingriff, die eine zum Drehpunkt 6 des Kippelementes 5 parallele Drehachse festlegen.
• Die Bedienungstaste 8 weist eine nach innen zum Kippelement 5 gerichtete Nocke 9 auf, die auf derselben eine Betätigungskraft ausübt und zwischen zwei Schaltstellungen beweglich ist, die den Endarbeitsstellungen des Kippelementes 5 entsprechen. Zwischen dem Kippelement 5 und der Nocke 9 der Betätigungstaste 8 liegen Federmittel 10, die einen elastischen Schub zur Arretierung sowohl der Taste selbst in einer der Schaltstellungen als auch des Kippelementes 5 in einer seiner entsprechenden Arbeitsstellungen ausüben.
• Auf originelle Weise weisen die Federelemente 10 eine parallel zum Drehpunkt 6 gerichtete Längsachse 10a auf und sind elastisch mindestens gemäß der Seitendurchbiegung gegenüber der Längsachse 10a verformbar.
• Auf vorteilhafte Art und Weise sind die Federmittel 10 durch eine Zugschraubenfeder festgelegt, die Enden 10b aufweist, die von einem Paar von Betätigungsfortsätze 5c angriffen sind, die am Kippelement 5 fest liegen und sich vom mittigen Abschnitt 5a dieses letzteren, d. h. in der Nähe der Ausnehmung 7 und des Drehpunktes 6 derart erstrecken, dass eine Gabel zur Ausübung eines Zuges auf die Feder 10 selbst gebildet wird.
• Die durch die Nocke 9 ausgeübte Betätigungskraft der Bedienungstaste 8 wird auf die Feder 10 gemäß einer im wesentlichen zur Längsachse 10a derselben querliegenden Ebene angewandt. In der Praxis weist die Nocke 9 eine aktive Stirnseite 9a auf, die mit einem mittigen Bereich der Seitenfläche der Schraubenfeder 10 (siehe Fig. 2 und 4) derart wirksam in Berührung steht, dass dieselbe gegenüber ihrer durch die Längsachse 10a festgelegten, geraden Ausbildung in einem mehr oder weniger ausgeprägten Ausmaß je nach der Winkelposition des Kippelementes 5 und der Betätigungstaste 8 durchbogen wird.
• Im einzelnen nützt die Verschwenkung der Betätigungstaste 8 und der entsprechenden Nocke 9 anstatt die herkömmliche und bekannte Elastizität einer Feder längs ihrer Längsentwicklungsachse, die Fähigkeit auf, sich seitlich derselben durchzubiegen. Dies beträgt, anstatt einer bevorzugten und stabilen Richtung der ausgeübten, mit der Längsachse zusammenfallenden Federkraft, die Anwesenheit einer seitlichen Durchbiegung, die eine Federkraft ohne einer ihr innenliegenden Stabilitätsrichtung verursacht. Es ist daher unmöglich, dass in den Zwischenstellungen der Taste Stabilitätsstellen derselben und des Kippelementes und daher ihre Arretierungen in nicht gewünschten Stellungen zustande kommen.
• Bei Betätigung der Taste ist eine kleine Verstellung derselben ausreichend, damit die seitliche Durchbiegung der Feder 10 rasch von der Position, in der sie sich in der neuen entsprechenden Stabilitätskonfiguration befindet, in die andere Arbeitsstellung des Kippelementes gebracht wird.
• Die Nocke 9 gleitet überdies in einem herabgesetzten Ausmaß auf der Außenfläche der Feder und daher sind die Reibung und der Verschleiß praktisch nicht gegeben.
• Die aktive Stirnseite 9a der Nocke 9 weist ein Profil auf, das derart ausgelegt ist, um die durch ihre Feder 10 ausgeübte Federkraft nicht herabzusetzen, sondern vorzugsweise zu vergrößern und daher auch um die von der Feder 10 auf das Kippelement 5 während der Verschwenkung diese letzteren in Richtung der Annäherung an einer jeden der Endarbeitsstellungen ausgeübten Schub nicht zu verkleinern, sondern zu vergrößern. In der Praxis soll das Profil der aktiven Stirnseite 9a eine Vergrößerung der Länge des durch die Nocke verwirklichten Hebelarmes und daher der elastischen Belastung der Feder 10 betragen, bei allmählich Verschwenkung der Taste 8 und des Kippelementes 5 in Richtung der äußeren Stellung und der Neigung derselben über diese Stellungen zu kommen.
• Verschieden sind die Ausführungsformen des Profils 9a, die imstande sind, das oben beschriebene Ergebnis zu erhalten.
• Zum Beispiel weist in einer ersten, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform, das Profil eine gerade Ausbildung auf. In einer zweiten, in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform, ist das Profil 9a durch einen Zug von zwei geraden Abschnitten festgelegt, die insgesamt eine zur Feder 10 gerichteten Konkavität herstellen. In einer dritten, in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform, ist das Profil 9a durch eine gekrümmte Linie ebenfalls konkaver Art festgelegt, bei der die Kante der aktiven Stirnseite 9a bei Entfernung in Richtung der Endstellung Abstände aufweist, die von den Drehbolzen 8a der Taste 8 weg zunehmen.
• Die Erfindung erzielt wichtige Vorteile.
• Vor allem erlaubt die Vorrichtung eine unverzügliche und sichere Auslösung in die eine oder die andere ihrer äußeren Arbeitsstellungen auch nach einer impulsiven und kurzen Betätigung seitens des Benutzers, ohne dass sich unerwünschte Arretierstellen in einer dazwischenliegenden Übergangsposition auch nicht nach vielen Lastwechseln entstehen können. Die Instabilität solcher Zwischenpositionen erfährt keine Änderungen in der Zeit noch sind Verschleißerscheinungen im Seitenkontakt zwischen der Schraubenfeder und der Nocke der Bedienungstaste nennenswert.
• Die Presskraft zwischen den festen und den beweglichen Kontakten erfährt keine Verminderung zufolge von Vibration oder einer weiteren Druckausübung bei der Betätigung der Taste, da diese Belastungen die von der Feder ausgeübte Federkraft im wesentlichen konstant halten oder sie erhöhen, die bei Zusammenpressung zwischen der Kontakte entsteht.
• Es ist schließlich hervorzuheben, dass das Kippelement stabil bei der Montage an einem Festkontakt der Vorrichtung ansetzbar ist, und daher sie durch die Schraubenfeder, durch das Kippelement selbst, durch Festkontakte und den Tragaufbau gebildete Gruppe eine Zusammenbaugruppe von Teilen bildet, die falls erforderlich einfach in andere Herstellungsorte zur Endmontage der Bedienungstaste einfach transportiert werden kann, die für spezifische Bedürfnisse im Betrieb gefordert wird und denselben entspricht. Dieses Merkmal macht zusammen mit der begrenzten Anzahl der erforderlichen Teile und ihrer einfachen Herstellung, die Herstellung der Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft.

Claims (11)

1. Schaltvorrichtung für elektrische Schaltungen, umfassend mindestens: ein Kippkontaktelement (5), das um einen Drehpunkt (6) zwischen zwei äußeren Arbeitsstellungen schwenkbar ist, eine Bedienungstaste (8) zur Ausübung einer Betätigungskraft auf das Kippelement (5), wobei die Bedienungstaste (8) zwischen zwei Schaltstellungen beweglich ist, die den beiden Arbeitsstellungen des Kippelementes (5) entsprechen und Federmittel (10), die zwischen dem Kippkontaktelement. (5) und der Bedienungstaste (8) liegen und einen elastischen Arretierschub der Taste (8) in die eine oder die andere Schaltposition und des Kippelementes (5) in eine entsprechende Arbeitsstellung desselben ausüben, wobei die Federmittel (10) eine zum Drehpunkt (6) im wesentlichen parallele Längsachse (10a) aufweisen, wobei die durch die Bedienungstaste (8) ausgeübte Betätigungskraft auf die Federmittel (10) gemäß einer im wesentlichen zur Längsachse (10a) querliegenden Ebene angewandt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (10) mindestens gemäß einer Seitendurchbiegung gegenüber der Längsachse (10) elastisch verformbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippelement 5 zwei Betätigungsfortsätze (5c) aufweist, die in der Nähe des Drehpunktes (6) angeordnet sind, wobei die Fortsätze (5c) eine Gabel für den Eingriff von Enden (10b) der Federmittel (10) festlegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (10) durch eine Schraubenfeder festgelegt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienungstaste (8) eine Nocke (9) umfasst, welche die Betätigungskraft ausübt und eine aktive Stirnseite (9a) aufweist, die mit einem mittigen Bereich derselben Fläche der Federmittel (10) wirksam in Berührung ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder eine Spiralensteigung besitzt, die kleiner als die Nocke (9) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Stirnseite (9a) ein Profil mit einer Ausbildung aufweist, die mindestens nicht in elastischen Schub herabsetzen, der von den Federmitteln (10) auf das Kippelement (5) während der Verschwenkung desselben in der Annäherung an eine jede der äußeren Arbeitsstellungen ausgeübt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der aktiven Stirnseite (9a) der Nocke (9) im wesentlichen eine gerade Ausbildung aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der aktiven Stirnseite (9a) der Nocke (9) eine im wesentlichen konkave Ausbildung aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der aktiven Stirnseite (9a) der Nocke (9) durch einen Zug von geraden Abschnitten gebildet wird, die eine im wesentlichen konkave Ausbildung festlegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten, festen Kontakt (3), der in der Nähe des Drehpunktes des Kippelementes angeordnet ist und mindestens einen zweiten Kontakt (4) umfasst, der mit dem Kippelement (5) in einer der Arbeitsstellungen desselben zum Aufeinanderliegen kommt, und dadurch, dass das Kippelement (5) mindestens eine Zunge (5b) aufweist, die in eine durchgehende Bohrung (3a), des ersten, festen Kontaktes (3) einbringbar und bei Montage derart umbiegbar ist, dass das Kippelement (5) an den ersten, festen Kontakt (3) stabil gebunden wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (6) des Kippelementes (5) durch mindestens einen umgekanteten Randabschnitt des ersten, festen Kontaktes (3) festgelegt ist und eine scharfe Kante (6a) aufweist, der in einer Ausnehmung (7) des Kippelementes (5) aufgenommen wird.