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In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Schaltvorrich-
tung
dargestellt. Sie umfaßt einen in seiner Ruhestellung geschlossenen Schaltkontakt,
dessen Kontaktarm 1 in Ruhestellung durch die Kontaktfeder 2 auf den Kontakt 3 gedrückt
wird, so daß der Schalter geschlossen ist. Der Kontaktarm 1 sitzt mit einer Schneidenlagerung
4 in dem Schalterbehäuse 5. Der Schaltkontakt ist als Ruhekontakt ausgeführt, um
einen Schalter mit möglichst wenig Teilen und möglichst geringem Kostenaufwand wählen
zu können. Die Verwendung eines Arbeitskontaktes mit entsprechend mehr Bauteilen
würde für die Massenfertigung einer Schaltvorrichtung zu aufwendig sein. Die Schaltvorrichtung
umfaßt außerdem noch die Kraftübertragungsmittel. Diese setzen sich zusammen auf
einem Betätigungshebel 6, einem Kniehebel 7, 8, einem Schalthebel 9 und einer Feder
10. Der Betätigungshebel 6 ist in Drehpunkt 11 freibeweglich gelagert. Sein eines
Ende 12 steht im Drehpunkt 13 in Eingriff mit dem Kniehebel und der Feder 10. Das
andere Ende 14 des Betätigungshebels 6 kann mit dem Kontaktarm 1 des Schalters in
Eingriff stehen. Der Kniehebel besteht aus zwei Armen 7 und 8, die drehbeweglich
im Punkt 15 miteinander verbunden sind. Ein Arm des Kniehebels, hier beispielsweise
der Arm 8, trägt eine Abtastnase 16, die in Eingriff mit der Kurvenscheibe 17 stehen
kann. Der Arm 7 des Kniehebels ist im Punkt 13 drehbeweglich mit dem Betätigungshebel
6 verbunden. Der Arm des Kniehebels ist in Punkt 18 drehbeweglich gelagert.
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An dem Arm 8 des Kniehebels ist starr ein Schalthebel 9 angebracht.
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Nachfolgend soll die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung
näher beschrieben werden.
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F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, wobei die Kraftübertragungsmittel
in Eingriff mit der Kurvenscheibe 17 stehen, mit geöffnetem Schaltkontakt. Die Kurvenscheibe
17 wird von einem nicht dargestellten Antrieb verdreht, wobei dieser Antrieb beispielsweise
ein Synchronmotor sein kann. An ihrem Umfang 19 trägt die Kurvenscheibe 17 eine
Nut 20. Bei der in F i g. 1 gezeigten Stellung der Schaltvorrichtung ist die Abtastnase
16 des Kniehebels 7, 8 in die Nut 20 der Kurvenscheibe 17 eingefallen. In dieser
Schaltstellung greifen an dem Schalthebel 9 keinerlei Betätigungsmittel an, d. h.
der Schalthebel 9 bewegt sich frei mit dem Arm 8 des Kniehebels. Die Abtastnase
16 des Kniehebels wird durch die Kraft der Feder 10, die im Punkt 13 eingreift,
in die Nut 20 der Kurvenscheibe 17 gedrückt. Die in Punkt 13 angreifende Feder kann
beispielsweise als Zugfeder ausgebildet sein. Sie kann dabei zwischen den Punkten
13 und 18 angreifen, jedoch auch zwischen dem Drehpunkt 13 und einem anderen beliebigen
Punkt befestigt werden. Die am Punkt 13 angreifende Feder wird in einer weiteren
vorteilhaften Ausbildung der Erfindung als Druckfeder ausgebildet.
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Diese Druckfeder ist dabei zwischen den Punkten 21 und 22 frei drehbar
gelagert. Der Punkt 21 ist als Kerbe in dem Ende 12 des Betätigungshebels 16 ausgebildet,
während der Punkt 22 als gehäuseseitig fest fixierte Kerbe ausgebildet ist. In weiterer
Ausbildung der Erfindung wird die Druckfeder als Schenkelfeder 10 ausgebildet, wie
sie in den F i g. 1 bis 4 dargestellt ist. Die Feder 10 verdreht auch den Betätigungshebel
6 um seinen Drehpunkt 11, so daß sein Ende 14 auf den Kontaktarm 1 des Schalters
drückt. Das von der Feder 10 erzeugte Moment in Punkt 11 ist stets stärker ausgebildet
als das der Kontaktfeder 2. Fällt nun, wie in F i g. 1 dargestellt, die Abtastnase
16 des Kniehebels in die Nut 20 der Kurvenscheibe 17 ein, so drückt der Betätigungshebel
mit seinem Ende 14 den Kontaktarm 1 gegen die Kraft der Kontaktfeder 2 auf.
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Der Betätigungshebel 6 ist so ausgebildet und dem Schalterkontakt
zugeordnet, daß die an dem Drehpunkt 13 angreifende Kraft der Feder 10 bezüglich
des Drehpunktes 11 des Betätigungshebels 6 ein rechtsdrehendes Drehmoment hervorruft,
während die Kontaktfeder 2 über den Kontaktarm 1 an dem Ende 14 des Betätigungshebels
6 ein linksdrehendes Drehmoment bezüglich des Drehpunktes 11 hervorruft. Da das
rechtsdrehende Moment der Feder 10 am Hebel 6, stets größer ist als das linksdrehende
Moment, da die Feder 2 über den Kontaktarm 1 am Ende 14 des Hebels 6 erzeugt, ergibt
sich ein resultierendes rechtsdrehendes Moment bezüglich des Drehpunktes 11, so
daß der Kontaktarm 1 aufgedrückt wird, wenn die Abtastnase 16 in die Nut 20 der
Kurvenscheibe 17 einfallen kann, wie in F i g. 1 dargestellt.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik wurde das Öffnen des Schaltarmes
1 beispielsweise durch einen starren Hebel bewirkt, der direkt die Kurvenscheibe
17 abtastet. Deshalb ist von der Kurvenscheibe 17 auch die volle Kraft aufzubringen,
die erforderlich ist, um den Kontaktarm 1 durch das Ende 14 des Betätigungshebels
6 entgegen der Kraft der Kontaktfeder 2 aufzu--drücken. Die Kurvenscheibe 17 ist
daher mit großen Kräften belastet, die sie aufbringen muß, um einen starren Hebel,
der direkt den Schalter öffnet, zu betätigen.
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Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung hingegen verringert die von
der Kurvenscheibe aufzubringende Kraft in starkem Maße durch die Verwendung des
Kniehebels, der aus zwei in Punkt 15 drehbeweglich miteinander verbundenen Armen
7 und 8 besteht, wobei der Arm 7 des Kniehebels wiederum drehbeweglich in Punkt
13 mit dem Betätigungshebel 6 verbunden ist, und durch die Verwendung der Feder
10, die im Punkt 13 angreift. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin,
daß sich die Wirkungsrichtung der Kraft der Feder 10 in Punkt 13 bei einem durch
den Betätigungshehel 6 verursachten Verdrehen der Feder 10 ändert. Dieses Verdrehen
der Feder 10 kommt wie folgt zustande. Der Arm 8 des Kniehebels ist im Drehpunkt
18 gehäuseseitig drehbeweglich gelagert, ebenso ist der Betätigungshebel 6 in dem
Drehpunkt 11 gehäuseseitig fest gelagert. Die Drehpunkte 15 und 13 sind hingegen
gehäuseseitig nicht fixiert, so daß diese Drehpunkte bei der Bewegung der Abtastnase
16 in die Richtungen 23 oder 24, was wiederum ein Verdrehen des Betätigungshebels
6 um den Drehpunkt 11 zufolge hat, in ihrer örtlichen Lage verschiebbar sind. Da
die Feder 10 in dem als Kerbe ausgebildeten Drehpunkt 21 an dem Ende 12 des Betätigungshebels
6 frei drehbar gelagert ist und an ihrem anderen Ende in dem ebenfalls als Kerbe
ausgebildeten Drehpunkt 22 gehäuseseitig frei drehbar gelagert ist, verschiebt sich
die Wirkungslinie der Kraft der Feder 10, die in etwa durch den Punkt 13 geht, wenn
sich das Ende 12 des Betätigungshebels 6 verdreht, je nachdem, welche Stellung der
Kniehebel bzw. dessen Abtastnase einnimmt; Äridert sich jedoch, wie vorstehend beschrieben
die Wirkungsrichtung der Kraft der Feder 10 durch den Drehpunkt 13, so ändert sich
auch der Betrag des rechtsdrehenden Drehmoments, bezogen - auf den Punk' 11, das
von der Feder 10 erzeugt wird. Und zwar vergrößert sich das rechtsdrehende Drehmoment
der Feder 10, bezogen -auf den Drehpunkt 11, wenn der Drehpunkt 13, der der Angriffspunkt
der Kraft der Feder 10 ist, in Richtung des Pfeiles 25 wandert, wie aus
F
i g. 1 ersichtlich ist. Im Gegensatz dazu verringert sich das rechtsdrehende Drehmoment
der Feder 10, bezogen auf den Drehpunkt 11, wenn der Angriffspunkt 13 der Kraft
der Feder 10 in Richtung des Pfeiles 26 wandert. Die Vergrößerung des rechtsdrehenden
Drehmomentes, das die Feder 10 um den Drehpunkt 11 ausübt, bewirkt ein schnelles
Öffnen des Schalters bzw.
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des Schaltarmes 1, wenn, wie in F i g. 1 dargestellt, die Abtastnase
16 beim Durchdrehen der Kurvenscheibe 17 plötzlich in die Nut 20 einfallen kann.
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Die von der Kurvenscheibe 17 zum Schalten des Schaltarmes 1 aufzubringende
Kraft verringert sich nicht nur durch die Verwendung der Feder 10, sondern auch
durch die Verwendung des Kniehebels, der aus den beiden drehbeweglich miteinander
verbundenen Armen 7 und 8 besteht. Wie Fig.2 zeigt, wird bei einem Weiterdrehen
der Kurvenscheibe 17 die Nocke 16 aus der Nut 20 dieser Kurvenscheibe herausgehoben.
Dadurch wird die Nocke 16 und damit der Kniehebel in Richtung des Pfeiles 24 um
einen bestimmten Betrag durchgedrückt. Die Abtastnase 16 liegt nun am Umfang 19
der Kurvenscheibe 17 an, diese Umfangslinie 19 markiert die geschlossene Stellung
des Kontaktes. Durch das Durchdrücken des Kniehebels wird gleichzeitig der Betätigungshebel
6 von dem Kontaktarm 1 abgehoben, so daß sich die Kontakte 1 und 3 schließen können.
Das Durchdrücken des Kniehebels in Richtung des Pfeiles 24 muß entgegen der Kraft
der Feder 10 erfolgen. Die von der Kurvenscheibe zur Betätigung des Schaltkontaktes
aufzubringende Kraft wird durch das Kniehebelsystem erheblich verringert, da sich
beim Durchdrücken das Übersetzungsverhältnis des Kniehebels ändert. Obwohl zum Zusammendrükken
der Druckfeder 10 bzw. zum Betätigen des Betätigungshebels 6 größere Kräfte erforderlich
sind, muß die Kurvenscheibe auf die Abtastnase 16 nur eine bedeutend kleinere Kraft
aufbringen, die, je weiter der Kniehebel in Richtung des Pfeiles 24 von der Kurvenscheibe
durchgedrückt wird, um so kleiner wird.
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In F i g. 5 ist ein Diagramm der von der Kurvenscheibe zur Betätigung
des Schaltkontaktes aufzubringende Kräfte 28 in Abhängigkeit vom Kurvenhub 29 aufgezeichnet
und zwar für verschiedene Ausbildungen der Kraftübertragungsmittel. Das Diagramm
wurde erstellt unter Zugrundelegung gleicher Federkonstanten für alle Federn und
gleicher Angriffspunkte der Kräfte, so daß ein Vergleich für verschiedene Kraftübertragungssysteme
bzw. der dort aufzubringenden Kräfte möglich ist. Die Kurve 30 (strichpunktierte
Linie) zeigt den Kräfteverlauf an der Kurvenscheibe für einen herkömmlichen starren
Hebel, den man sich hier aus dem mit dem Betätigungshebel 6 starr verbundenen Arm
7, des Kniehebels vorstellen kann. Die Kraft, die von der Kurvenscheibe aufgebracht
werden muß, um eine Feder zusammenzudrücken, steigt zunächst steil an, zumal die
Kraft, die die Kontaktfeder 2 auf das Ende 14 des Betätigungshebels ausübt, beim
Schließen des Kontaktarmes geringer wird, je weiter der Kontaktarm 1 sich dem Kontakt
3 nähert. In der Stellung 31 ist der Schaltkontakt 1,3 geschlossen. Nun wird auf
das Ende 14 des Betätigungshebels 6 durch den Kontaktarm 1 bzw. die Kontaktfeder
2 auch keine Kraft mehr ausgeübt. Die Kurvenscheibe 17 muß daher eine zusätzliche
Kraft allein aufbringen, die sich in dem Diagramm als Sprung darstellt.
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Diese Kraft ist erforderlich, um den Betätigungshebel 6 von dem Kontaktarm
1 abzuheben. Diese zur Überwindung des Sprunges erforderliche Kraft addiert sich
noch zu der Kraft, die erforderlich ist. um die Feder 10 etwas weiter zusammenzudrücken,
so daß ein Abheben des Betätigungshebels mit seinem Ende 14 von dem Kontaktarm 1
zustande kommt. Die Kurve 32 (gestrichelte Linie) zeigt die von der Kurvenscheibe
17 aufzubringenden Kräfte zur Betätigung des Schaltkontaktes mit dem erfindungsgemäßen
Kniehebel und einer Feder, deren Kraft im Punkt 13 angreift, wobei diese Feder als
Zugfeder ausgebildet ist. Wie vorstehend schon erläutert, verringert sich die von
der Kurvenscheibe, aufzubringende Kraft infolge der Verwendung des Kniehebels, wie
aus dem Kurvenverlauf ersichtlich ist. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist wiederum
zum Abheben des Betätigungshebels 6 vom Kontaktarm 1 eine gewisse Kraft erforderlich,
die hier als Sprung erscheint. Die von der Kurvenscheibe aufzubringende Kraft, die
nötig ist, um den Betätigungshebel einen gewissen Betrag von dem Kontaktarm abzuheben,
verringert sich jedoch, wie aus dem Kurvenverlauf zu ersehen ist, und dies steht
im Gegensatz zu dem herkömmlichen Kräfteverlauf bei einem starren Hebelsystem.
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Eine weitere erhebliche Verbesserung und damit Weiterbildung der
Erfindung wird erreicht, wenn die Feder 10 als Druckfeder ausgebildet ist und gleichzeitig
in den Drehpunkten 21 und 22 frei drehbar gelagert ist.
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Die Kurve 33 (durchgezogene Linie) des Diagrammes in F i g. 5 zeigt
die von der Kurvenscheibe 17 aufzubringende Kräfte bei einem Schließvorgang des
Kontaktes. Die Druckfeder ist dabei vorteilhafterweise als Schenkelfeder ausgebildet.
Der Verlauf der aufzubringenden Kräfte ist ähnlich dem Verlauf der Kräfte bei der
erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, wenn sie mit einer Zugfeder ausgerüstet ist,
jedoch sind nochmals erheblich geringere Kräfte von der Kurvenscheibe zum Schalten
zu erbringen. Das Diagramm der F i g. 5 zeigt auch, daß die Kurvenscheibe 17 bei
Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit einer Zugfeder (Kurve 32)
etwa nur zwei Drittel der Kräfte aufbringen muß, die bei Verwendung eines starren
Hebels nötig wären, wie die Kurve 30 zeigt. Bei Anwendung einer zwischen zwei Drehpunkten
frei drehbaren Druckfeder ist jedoch nur noch etwa ein Drittel der Kraft erforderlich,
die bei Verwendung eines starren Hebels nötig wäre, wie die Kurve 33 zeigt.
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F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung bzw. die Betätigungsmittel
in Eingriff mit der Kurvenscheibe 17 und bei geöffnetem Schaltkontakt 1, 3.
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F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, wobei die Betätigungsmittel,
d. h. der Kniehebel ebenfalls in Eingriff mit der Kurvenscheibe 17 ist. Der Nokken
16 des Kniehebels läuft jedoch an dem Umfang der Kurvenscheibe ab, so daß der Schaltkontakt
1, 3 geschlossen ist. Die F i g. 3 hingegen zeigt die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
in einer Stellung, in der sich die Kraftübertragungsmittel für das Schalten des
Schaltkontaktes nicht in Eingriff mit der Kurvenscheibe 17 befinden. Durch den Eingriff
von nicht dargestellten Betätigungsmitteln auf den Schalthebel 9, der starr mit
dem Arm 8 des Kniehebels verbunden ist, kann der Kniehebel und damit auch der Betätigungshebel
6 verstellt werden, so daß der Schalter geschlossen wird, wie in F i g. 3 dargestellt
In F i g. 3 ist der Kniehebel bestehend aus den Armen 7 und 8 in gestreckter Stellung
dargestellt. Dies entspricht, wie vorstehend schon näher erläutert, einer geschlossenen
Stellung des Schaltkontaktes 1, 3, wobei der Betätigungshebel 6 mit seinem Ende
14 noch etwas weiter von dem Kontaktarm
1 des Schalters abhebt.
Bei dieser gestreckten Stellung des Kniehebels hat der Schalthebel 9 beispielsweise
die Stellung 34 Durch den Eingriff der nicht dargestellten Betätigungsmittel auf
den Schalthebel 9 kann also eine Schließung des Schaltkontaktes erreicht werden,
ohne daß der Kniehebel bzw. die Abtastnase 16 in Eingriff mit der Kurvenscheibe
steht.
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In F i g. 4 ist eine weitere Stellung des Kraftübertragungsmittels
dargestellt. Durch den Eingriff von nicht dargestellten Betätigungsmitteln wurde
der Schalthebel 9 in die Stellung 35 gebracht. Dadurch hat sich der Drehpunkt 15
des Kniehebels in Richtung des Pfeiles 24 bewegt, bis er eine spiegelbildliche Stellung
zu der in F i g. 1 dargestellten Stellung des Kniehebels erreicht hat. Diese Stellung
entspricht auf Grund des Hebelmechanismus der Stellung des Schaltkontaktes, wie
er in F i g. 1 dargestellt ist, nämlich der Schaltkontakt ist geöffnet. Diese zweite
von der Kurvenscheibe 17 unabhängige Stellung ist also durch eine weitere Verstellung
des Schalthebels 9 durch die nicht dargestellten Betätigungsmittel erreichbar und
somit kann mittels des Schalthebels 9 der Schaltkontakt 1, 3 in der Stellung 34
des Schalthebels einmal geschlossen werden und in der Stellung 35 des Schalthebels
9 einmal geöffnet werden, wobei diese beiden Stellungen des Schaltkontaktes mittels
des Kraftübertragungsmittels unabhängig von der
Kurvenscheibe eingestellt werden
können.
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Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung mit kleiner Betätigungskraft
kann, beispielsweise eingebaut in einer Schaltuhr, dazu dienen, in einem Elektroherd
die erforderlichen Ein- und Ausschaltvorgänge bei automatischem Kochen mit Vorwahl
des Kochbeginns vorzunehmen, und bei Handbetrieb der Kochstellen. F i g. 1 entspricht
der Beendigung der Kochdauer bei Automatikbetrieb. F i g. 2 entspricht dem automatischen
Kochbetrieb einer Kochstelle bei eingestellter Kochdauer, wobei die Kochdauer mittels
der Kurvenscheibe 17 eingestellt wird. F i g. 3 entspricht dem Handbetrieb einer
Kochstelle, d. h. der Schaltkontakt 1,3 muß unabhängig von der Einstellung der Kochdauer
und damit der Kurvenscheibe 17 schließbar sein. Dies wird durch die Stellung 34
des Schalthebels 9 (F i g. 3) ermöglicht. F i g. 4 entspricht dem Automatikbetrieb
einer Kochstelle bei eingestellter Kochdauer, jedoch bei gleichzeitiger Vorwahl
des Kochbeginns. Ehe die Vorwahlzeit nicht abgelaufen ist, wird der Schalthebel
9 in der Stellung 35 durch die nicht dargestellten Betätigungsmittel gehalten. Nach
Ablauf der eingestellten Vorlaufzeit wird durch die nicht dargestellten Betätigungsmittel
der Schalthebel 9 und damit der Kniehebel bzw. die Abtastnase 16 in Eingriff mit
der Kurvenscheibe 17 gebracht.