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Doppelpoliger Schalter, insbesondere für motorbetriebene
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Werkzeuge, wie elektrische Bohrer.
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Die Erfindung betrifft einen doppelpoligen, mit Auslöser betätigbaren
Schalter, wie er im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs niedergelegt ist.
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Ein solcher Schalter findet Verwendung in Steuerschaltungen für elektrische
Geräte. Besonders eignet er sich für motorisch angetriebene Werkzeuge, beispielsweise
elektrische Bohrer, Wippsägemaschinen u.dgl. Pür eine solche Anwendung ist es notwendig,
einen Schalter vorzusehen, der in hohem Maß betriebssicher, haltbar und doch kompakt
und preiswert ist. Für schwere Maschinenwerkzeuge müssen diese Schalter im Betrieb
hohe Ströme (in der Größenordnung von vier bis sechs Ampere oder mehr) schalten.
Wegen dieser hohen Strombelastung stellt die Bogenbildung ein Problem dar. Die Kontakte
müssen deshalb so konstruiert sein, daß sie die Bogenbildung möglichst unterbinden,
dabei aber doch eine ausreichende Fläche bieten, um über längere Wartungsperioden
einen guten elektrische Kontakt zu gewährleisten. Diese Erfordernisse sind nur schwer
zu erfüllen im Hinblick darauf, daß ein solcher Schalter so billig wie nur möglich
hergestellt werden muß.
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Pür viele Verwendungszwecke ist es zudem erwünscht, daß der
Schalter
Schaltelemente zur Geschwindigkeitsregelung, d.i.
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Drehzahlverstellung des Werkzeugs, beispielsweise der Umdrehungen
pro Minute eines Bohrers, enthält.
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Zum Stand der Technik wird in erster Linie auf die folgenden US-PS'n
verwiesen: Die US-PS 3 536 973 bezieht sich auf einen Schalter mit einer Geschwindigkeitsregelung,
der ein Schnappschaltelement 60 (Fig.7) verwendet, und beschreibt in Fig.14 einen
zweipoligen Schalter, der zusammen mit einer Geschwindigkeitsregelung verwendet
ist, wobei die Schalter für beide Pole praktisch gleich sind und praktisch zur gleichen
Zeit schliessen.
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In der US-PS 3 209 228 ist eine Geschwindigkeitsregelungsschaltung
beschrieben. Die US-PS 3 543 120 beschreibt einen Geschwindigkeitsregler, der auf
einer Schaltplatte angebracht ist, wie sie auch in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird. In der US-PS 3 594 523 ist ein ßchnappkontakt 25 und eine Geschwindigkeitsregelung
beschrieben. Die DPS 2 024 892 beschreibt einen zweipoligen Schalter, der Kontakte
9 und 10 eines ähnlichen Typs wie der Schaltschütz der vorliegenden Erfindung verwendet.
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In der US-PS 3 401 241 ist das aufeinanderfolgende Öffnen und Schließen
eines zweipoligen Schalters offenbart.
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Diese früheren Einrichtungen sind nicht im gewünschten Maß kompakt
und befriedigen auch in anderen Punkten nicht die Anforderungen. Zudem erreichen
sie die der vorliegenden Erfindung gesetzten Ziele, wie sie nachfolgend angegeben
sind, nicht.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten zweipoligen Schalter
mit einer Geschwindigkeitsregelung zu schaffen, der klein in seinen Abmessungen,
niedrig in seinen Kosten und sehr widerstandsfähig gegen ein Versagen durch Bogenbildung
ist, Die Erfindung will einen zweipoligen Schalter schaffen9 in dem der eine der
beiden Kontakteätze nur wahrend desjenigen Teils
des Betriebazyklus
öffnet und schließt, in dem kein Strom durch diesen einen Kontaktsatz fließt, wodurch
es möglich wird, diesen Kontaktsatz kleiner zu machen und billiger herzustellen
als den anderen Kontaktsatz.
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Weiter sieht die Erfindung einen zweipoligen Schalter der vorstehend
genannten Art vor, bei dem der andere Kontaktsatz vom schnell schließenden Typ ist,
um die Bogenbildung weitgehend zu reduzieren.
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Die Erfindung ist also auf einen zweipoligen Schalter gerichtet, bei
dem nur ein Kontakt satz der Gefahr einer Bogenbildung ausgesetzt ist und die Kontakte
dieses Satzes eine merklich größere Kontaktfläche haben als die des anderen Kontaktsatzes.
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Schließlich will die Erfindung einen Schalter des beschriebenen Typs
in Verbindung mit einer miniaturisierten transistorbestückten Geschwindigkeitsregelschaltung
schaffen, der in der Lage ist, verhältnismäßig große Ströme zu schalten. Dies geschieht
mit Hilfe eines Kühlkörpers, der vollständig in dem Schaltergehäuse untergebracht
ist und zur Umgebungsluft entlüftet wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen: Fig.1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schalters in der
"Aus"-Stellung; Fig.2 eine der Fig.1 ähnliche Ansicht, in der der Schalter in teilweise
betätigter Stellung gezeigt ist, in der die Brückenkontakte geschlossen und die
Schaltschützkontakte offen sind, 90 daß der Stromkreis nicht geschlossen ist; Fig.3
eine der Fig.1 ähnliche Ansicht, in der der Schalter in einer betätigten oder i'2in"-Stellung
gezeigt ist, in
der Strom von der Stromquelle durch die Geschwindigkeitsregelschaltung
zum Werkzeug fließen kann; Fig.4 eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 der Fig.1;
Mag.48 eine Draufsicht des tberbrückungskontaktes; Pig.5 eine Seitenansicht des
Schalters in seinem Gehäuse; Fig.6 eine isometrische Ansicht des Geschwindigkeitsregelmoduls
und von Teilen des Schalters; Pig.7 eine Schnittansicht des Moduls nach der Linie
7-7 der Fig.6; Zig.8 eine Schnittansicht des Moduls nach der Linie 8-8 der Fig.4,
die den am Auslöserschaft sitzenden SchleiSkontakt zeigt; Fig.9 ein Schaltbild des
Schalters und der Geschwindigkeits regelschaltung.
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In Zig.1 ist ein erfindungsgemäßer Schalter dargestellt. Der Schalter
hat die Funktion, den Motor eines motorbetriebenen Werkzeugs, etwa eines elektrischen
Bohrers, mit einer Wechselstromquelle zu verbinden. Der Schalter ist eine zweipolige
Binrichtung, die den Stromfluß zu beiden Seiten des Motors unterbricht, wenn sie
in der in Fig.1 gezeigten Aus-Stellung ist.
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Der Schalter ist in einem Gehäuse 14 untergebracht, das sweckmäßigerweise
aus zwei Hälften besteht. Das Gehäuse ist mit einigen Kammern und Öffnungen versehen
zur Aufnahme der Bestandteile des Schalters und der Drähte, die mit diesen elektrisch
verbunden sind. Je nach dem Werkzeugtyp kann das Gehäuse zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen
Schalter noch eine Geschwindigkeitsregelschaltung und/oder einen Umkehrschalter
enthalten.
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Der Schalter weist einen Auslöser 10 auf, der einen Schaft 12 hat,
welcher in dem Gehäuse gegen die Kraft einer Feder 16 hin-und herbeweglich ist.
Der Schaft 12 bewegt sich gemäß Fig.1 nach links, wenn man mit der Hand auf den
Auslöser drüct. Der
Schaft erstreckt sich durch das Gehäuse 14 und
tritt durch eine Öffnung im Gehäuse, die mit einer flexiblen Staubschutzhaube 18
abgedeckt ist, aus, um sich mit dem Auslöser zu vereinigen.
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Ein Geschwindigkeitsregelmodul 30 ist in dem Gehäuse unter dem Schaft
12 untergebracht. Der Modul ist am Gehäuse mittels Lappen 32 (Fig.6) befestigt,
die an beiden Enden des Moduls angebracht sind und durch entsprechend bemessene
Löcher im Gehäuse 14 gesteckt werden.
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Wie am besten aus den Fig.1 und 6 ersichtlich, ist der Modul 30 an
seiner einen Seite mit Kontaktelementen versehen, die bis zur Oberseite des Moduls
reichen. Diese Kontaktelemente umfassen Kontaktfahnen oder Anschlüsse 24, 26 und
28. Die Kontaktfahnen haben in der Mitte eine Öffnung zur Aufnahme einer Schraube,
mit der ein Draht an der Kontaktfahne festgeklemmt werden kann. Die Teile der Kontaktfahnen,
die sich über die Oberseite des Moduls erstrecken, endigen im Fall der Fahnen 24
und 26 in Kontaktnieten 34 und 36 und im Fall der Pahne 28 in einer Kontaktschiene
38. Die Kontaktniete 34 und 36 haben einen verhältnismäßig großen Durchmesser, so
daß sie eine grosse Kontaktfläche bieten, um ein störungsfreies Schalten zu garantieren.
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Ein Schaltschütz 40 dient dazu, die Kontaktfahne oder den Anschluß
28 mit dem Anschluß 26 Zu verbinden. Der Schaltschütz ist vorzugsweise von dem in
der US-PS 3 594 523 gezeigten Typ.
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Er ist im wesentlichen Förmig und weist zwei beabstandete Kontaktflächen
42 und 44, sowie einen nach oben stehenden Teil in der Art eines Ohres 46 auf, der
in einer Ausnehmung 48 des Auslöserschaftes aufgenommen ist. Die Kontaktfläche 44
bleibt ständig mit der Kontaktechiene 38 in Kontakt. In der Aus-Stellung wird die
Kontaktfläche 44 gegen eine Lippe 50 am Ende der Kontaktschiene gedrückt. Die Kontaktfläche
42 liegt über dem zum Anschluß 26 gehörigen Kontaktniet 34. In einer Ausnehmung
53 des Auslöserschaftes ist eine Peder 52 vorgesehen,
die auf den
Schaltschütz 40 eine Abwärtskraft ausübt. In der Aus-Stellung wird jedoch die Kontaktfläche
42 in einem Abstand vom Niet 34 gehalten mit Hilfe der Feder 16, die den Schaltschütz
40 um den von der Kontaktfläche 44 gebildeten Drehpunkt schwenkt, wie dies in der
oben erwähnten US-PS 3 594 523 beschrieben ist.
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Wie in den Fig.2 und 3 gezeigt, wird bei einer Bewegung des Auslösers
nach links der Schaltschütz 40 geschwenkt, so daß sich die Pläche 42 rasch nach
unten zur Anlage an dem Kontaktniet 34 bewegt, wodurch ein Pol der Schaltung geschlossen
wird.
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Diese rasche Bewegung des Schaltschütz 40 setzt die Bogenbildung während
des Schaltens auf ein Minimum herab.
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Der zweite Pol der Schaltung wird durch ein Kontaktteil geschlossen,
das vorzugsweise die Form eines Brückenkontaktes 54 hat, der mit einem nach oben
gebogenen Ende versehen ist, das in einer Ausnehmung des Auslöserschaftes mit Hilfe
von Elementen 56 und 58 eingesperrt ist. Der Brückenkontakt ist im wesentlichen
U-förmig (Fig.4A); die Schenkel oder Enden tragen Kontaktniete 60 und dienen dazu,
zwei Anschlüsse 61 und 62 (Pig.
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4) elektrisch zu verbinden. Wie aus den Fig. 4A und 6 ersichtlich,
sind die Kontaktniete 60 für den Brückenkontakt beträchtlich kleiner als die zu
den Kontaktfahnen 24 und 26 gehörigen Niete 34 und 36.
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In der Praxis können die Niete 34 und 36 eine annähernd doppelt so
große Kontaktfläche haben wie die Niete des BrUckenkontaktes. Dies ist zulässig
trotz des verhältnismäßig hohen Stromes, für den der Schalter ausgelegt ist (4 bis
6 A), weil der Brückenkontakt 54 derart angeordnet ist, daß er mit Bezug auf den
Schaltschütz 40 zuerst öffnet und zuletzt schließt. Daher fließt während der Betätigung
des Schalters kein Strom, wenn der Brückenkontakt öffnet oder schließt. Unter diesen
Umständen kann keine Bogenbildung stattfinden und daher können die Kontaktniete
60 wesentlich kleiner und billiger sein.
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Der in Fig.4A dargestellte Brückenkontakt ist besonders zweckmäßig;
doch liegt es für den Fachmann auf der Hand, daß auch andere Formen und Anordnungen
verwendet werden können, die doch ein Hauptziel der Erfindung erreichen, nämlich
daß der Kontakt 54 stromlos ist beim Herstellen und Unterbrechen des Kontaktes.
Ein Beispiel für in Frage kommende Alternativen ist ein Verbindungselement, das
bleibend an einem der Anschlüsse 61 und 62 befestigt ist und mit dem anderen Anschluß
lediglich bei Bewegung des Auslösers in Berührung kommt. Eine derartige Konfiguration
würde nur ein Kontaktniet 60 erfordern.
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Um sicherzustellen, daß die Kontaktniete 60 in der Aus-Stellung die
Anschlüsse 61 und 62 nicht berühren, kann das Gehäuse mit einer nach unten ragenden
Nase 63 versehen sein, die die Niete won den Anschlüssen wegsteuert.
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Anhand der Fig.2 wird die Funktion des Schalters erklärt. Wenn der
Auslöser 10 betätigt wird. d.i. aus seiner vorgestreckten Stellung in seine niedergedrückte
Stellung bewegt wird, hebt der Brückenkontakt 54 von der Nase 63 ab und die Niete
60 verbinden den Anschluß 61 mit dem Anschluß 62, womit ein Zweig oder Pol der Schaltung
geschlossen ist. Wie in Fig.2 deutlich gezeigt, hat der Schaltschütz 40 begonnen,
sich in die Einschaltstellung zu bewegen, aber die Kontaktfläche 42 ist noch von
dem Kontaktniet 34 beabstandet, wodurch der zweite Zweig der Schaltung offen gehalten
ist. Zu beachten ist, daß, wenn die Kontaktfläche 42 sich dem Kontaktniet 34 nähert,
die Kontaktfläche 44 sich von der Lippe 50 wegbewegt, jedoch dabei mit der Kontaktschiene
38 in Kontakt bleibt.
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Wie in Fig.3 gezeigt, ermöglicht eine weitere Bewegung des Auslösers
der Kontaktfläche 42, in Berührung mit dem Niet 34 einzuschnappen, um so die Kontaktfahne
28 mit der Kontaktfahne 26 zu verbinden. Dadurch wird das Werkseug eingeschaltet.
Beim Loslassen des Auslösers laufen die beschriebenen Schritte umgekehrt
ab
und das Werkzeug stoppt.
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Wie die Fig.6 und 8 zeigen, kann die Geschwindigkeitsregelschaltung
an einer Keramik-Schaltplatte 64 vorgesehen sein, die vertikal gestellt und in einem
Hohlraum 31 im Modul 30 aufgenommen ist. An einer Seite der Schaltplatte sind nahe
ihrem Oberende Widerstandsstreifen 65 angebracht. Der Auslöserschaft 12 trägt einen
Schleifkontakt 66 mit Schenkeln 67, die nach unten bis zu einer Stelle ragen, wo
sie mit den Widerständen 65 an der Schaltplatte in Kontakt kommen. Wenn der Auslöser
10 relativ zur Schaltplatte bewegt wird, wandern die Schenkel 67 des Schleifkontaktes
quer über die Widerstandsstreifen 65 und erzeugen dabei einen zur Bewegung des Auslösers
proportionalen Widerstandswert zur Verwendung in der Geschwindigkeitsregelschaltung.
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Die Geschwindigkeitsregelschaltung ist vorzugsweise von dem in der
US-PS 3 543 120 beschriebenen Typ. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Drehzahlregelung
erzielt, wenn der Schaltschütz 40 in Abhängigkeit von der Auslöserbewegung den Anschluß
26 mit dem Anschluß 28 verbindet und dadurch einen Stromkreis durch die Geschwindigkeitsregelschaltung
zum motorbetriebenen Werkzeug herstellt. Die gewählte Geschwindigkeit wird von dem
Widerstandswert der Widerstandsstreifen 65 bestimmt, der sich, wie bereits erwähnt,
als eine Funktion der Auslöserbewegung ändert. Für einen Betrieb mit voller Geschwindigkeit
wird die Geschwindigkeitsregelschaltung überbrückt.
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Dies geschieht, wenn der Schaltschütz 40 durch die Bewegung des Auslöserschaftes
in eine solche Stellung gebracht ist, daß er den Anschluß 28 nicht mehr mit dem
Anschluß 26 sondern mit dem Anschluß 24 verbindet.
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Die Geschwindigkeitsregelung umfaßt einen Siliziumgleichrichter (SCR)
als aktive Einrichtung zur Steuerung der Geschwindig keit des Werkzeugs. Der Punkt,
an dem der SCR während der Periode der Wechselspannung- einschaltet, wird von einem
RC-Glied
festgelegt, das mit dem Steuertor des SCR funktionell
verbunden ist. Der Widerstand für das RC-Glied wird von den Widerständen 65 abgenommen.
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Die bisher beschriebene laWiderstandsregelschaltung erzeugt eine beträchtliche
Wärmemenge, insbesondere während des Betriebs mit geringer Geschwindigkeit. Um diese
Wärme abzuleiten, ist eine besondere Wärmesenke vorgesehen, die insgesamt mit 70
bezeichnet ist0 Wie die Fig.6 und 7 zeigen, hat die Wärmesenke oder der Kühlkörper
70 einen ersten planaren Teil 71, der mit der keramischen Schaltplatte 64 in enger
Berührung ist; Die verschiedenen Schaltelemente der Gesohwindigkeitsregelschaltung
sind auf die gemäß Fig.7 rechte Seite der Schaltplatte aufgedruckt oder dort befestigt.
Die keramische Schaltplatte ist mit einer Öffnung 64a versehen. Der planare Teil
71 des Kühlkörpers hat eine erhöhte Plattform 71a, die durch die Öffnung 64a vortritt
und in derselben Ebene liegt wie die Schaltplatte. Der SCR ist unmittelbar an der
Plattform 71a angebracht.
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Der Kühlkörper 70 weist noch einen weiteren planaren Teil oder eine
Kühlrippe 72 auf, die in einem Abstand parallel zum planaren Teil 71 liegt. Diese
beiden planaren Teile des Kühlkörpers sind durch einen angeformten Teil 73 miteinander
verbunden, der in der aus den Fig.6 und 7 ersichtlichen Weise umgeschlagen ist.
Der Geschwindigkeitsregelmodul 30 hat annähernd die Form eines Parallelepipeds mit
den verschiedenen Hohlräumen und Einsenkungen zur Aufnahme des Bestandteils des
Schalterms, Wie Fig.5 zeigt, weist das Gehäuse des Schalters eine Seitenwand 79
auf mit Ausschnitten 80 zur Aufnahme von Schraubklemmen zum bequemen Anschließen
der Zuleitungen an die Anschlüsse 61, 62 und an einen dritten, nicht gezeigten Anschluß,
der benutst wird, wenn in dem oberen Teil des Schaltergehäuses Umkehrkontakte
angebracht
sind. Selbstverständlich sind entsprechende Schraubklemmen auch an der anderen Seite
des Schalter gehäuses vorgesehen, um Zuleitungen mit den Anschlüssen 24, 26, 28
zu verbinden. Wie auch noch aus Fig.5 ersichtlich, ist an der Gehäusewand 79 der
übliche Knopf 81 zum Arretieren des Auslösers befestigt.
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Die Wand 79 des Schaltergehäuses ist mit mehreren Schlitzen 82 versehen,
die jalousieartige Kühlschlitze bilden. Wenn der Geschwindigkeitsregelmodul 50 an
seinem Platz zwischen dem Gerüst des Schaltergehäuses montiert ist, befindet sich
die Kühlrippe 72 des Kühlkörpers praktisch in Kontakt mit der Innenseite des Teils
der Gehäusewand 79, der die jalousieartigen Kühlschlitze 82 enthält. Es ist also
offensichtlich, daß durch diese Konstruktion ein wesentlicher Teil des Kühlkörpers
der Umgebungsluft ausgesetzt ist, wodurch die Ableitung der von der Geschwindigkeitsregelschaltung
erzeugten Wärme wesentlich begünstigt wird.
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Wie Pig.7 zeigt, sind die keramische Schaltplatte 64 und der planare
Teil 71 des Kühlkörpers in einem Hohlraum 31 aufgenommen, der in dem Geschwindigkeitsregelmodul
geformt ist. Ein Vergußmaterial 76 füllt den verbleibenden Raum in dem Hohlraum
31 und kapselt die verschiedenen Schaltelemente auf der Schaltplatte 64 ein, ausgenommen
natürlich die Widerstandsstreifen 65, die sich entlang dem oberen Randbereich der
Schaltplatte erstrecken, um mit den Schenkeln 67 des Schleifkontaktes 66 in Kontakt
zu kommen. Wie aus Fig.6 deutlich wird, weist der Geschwindigkeitsregelmodul eine
hochstehende Führungsleiste 77 auf, die in einer Vertiefung im Schaft des Auslösers
10 aufgenommen ist, um dazu beizutragen, daß die verschiedenen festen und beweglichen
Kontakte ausgerichtet bleiben.
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Anhand der Fige9 wird nunmehr die elektrische Funktion des Schalters
kurz beschrieben0 Eine Wechselspannungsquelle 90 ist
über die Anschlüsse
28 und 61 an den Schalter gelegt. Wenn von dem Benützer des 'ilerkzeugs der Auslöser
10 niedergedrückt wird, schließen die Brückenkontakte 54 und verbinden die Anschlüsse
61 und 62, wodurch ein Zweig des Stromkreises zum Motor 92 des Werkzeugs geschlossen
ist. Danach schnappt der Schaltschütz 40 zu und verbindet den Anschluß 28 mit dem
Anschluß 26, wodurch der andere Zweig des Stromkreises geschlosoen wird und der
Motor anläuft. Eine weitere Bewegung des Auslösers bewirkt eine Änderung des Widerstandes,
der von den SchleiSkontaktschenkeln 67 abgenommen wird, wobei sich die Motorgeschwindigkeit
erhöht, bis schließlich die Geschwindigkeitsregelung dadurch überbrückt wird, daß
der Anschluß 28 unmittelbar mit dem Anschluß 24 verbunden wird. Beim Loslassen des
Auslösers läuft die beschriebene Polge von Vorgängen rückwärts ab und der Motor
hält an.
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Ein besonders zu betonender Punkt ist, daß während der Bewegung des
Auslösers in die Aus-Stellung der Schaltschütz 40 öffnet, um den Strom zum Motor
zu unterbrechen, während der Brückenkontakt 54 immer noch die Anschlüsse 61 und
62 miteinander verbindet. Erst nachdem der Strom aufgehört hat zu fliessen, unterbricht
der Brückenkontakt die Verbindung zwischen diesen Anschlüssen.
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Wie aus obiger Beschreibung deutlich wird, schafft die Erfindung einen
kleinen und kompakten doppelpoligen Schalter, der sich gut im Gehäuse eines tragbaren
elektrischen Werkzeugs, etwa eines Bohrers oder einer Wippsäge, unterbringen läßt.
Wie dem Fachmann bekannt, sind die Handgriffe solcher Werkzeuge mit Ausnehmungen
zur Aufnahme des Schalters mit seinem Auslöser versehen, wobei der Auslöser durch
eine Öffnung im Gehäuse vorsteht, so daß er vom Benützer des Werkzeugs bedient werden
kann0 Die Erfindung ist nicht auf die im einzelnen beschriebenen
Ausführungsbeispiele
beschränkt; vielmehr ist der Erfindungsumfang durch die Ansprüche gegeben.