DE69013580T2 - Elektrisch gesteuerter Arm für elektrische Schalter. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft einen elektrisch gesteuerten Arm, der ein erstes, befestigtes Ende und ein zweites Ende, das im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Arms bewegt werden kann, aufweist, wobei der Arm aus zwei im wesentlichen parallelen länglichen Teilen besteht, die durch einen Luftspalt oder irgendein anderes wärmeisolierendes Material voneinander getrennt sind, wobei mindestens eines der Teile elektrisch erwärmt werden kann, um durch Wärmeausdehnung in Längsrichtung, bezogen auf den anderen Teil, die genannte Bewegung auszuführen.
• Vorrichtungen der obengenannten Art sind bekannt und werden zum Steuern von elektrischen Schaltern verwendet. Das US-Patent 3 716 814 beschreibt eine solche Vorrichtung, bei der zwei blattförmige, längliche Elemente beabstandet voneinander angeordnet werden, wobei eines der Elemente durch einen elektrischen Stromkreis, der daran angeschlossen wird, aufgeheizt wird. Die erfolgende Ausdehnung des Elements in Längsrichtung wird in eine Drehbewegung eines Kontakthalters übertragen, der parallel zu dem Arm verläuft, wobei diese Bewegung dazu benutzt wird, ein Kontaktmittel zu öffnen oder zu schließen. Die gezeigte Vorrichtung ist jedoch kompliziert und weist einige Einzelteile auf, die miteinander zusammenwirken, was bedeutet, daß es aufwendig ist, die Vorrichtung zusammenzubauen. Aufgrund der Komplexität besteht auch eine erhöhte Gefahr, dar Fehlfunktionen in der Vorrichtung auftreten. Zudem muß die Vorrichtung mit besonderen Einstellschrauben eingestellt werden, die an den Kontaktmitteln angeordnet sind. Die große Anzahl von Einzelteilen bedeutet auch, dar die Vorrichtung groß wird, was in solchen Fällen, in denen Raum ein begrenzender Faktor ist, einen Nachteil bedeutet. Zudem bewegt sich der Kontakthalter mit Kriechgeschwindigkeit, d. h. die Bewegung ist verhältnismäßig langsam, was zur Folge hat, daß sich Bögen bilden können und die Kontaktflächen angegriffen werden.
• Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung mit kleinen Abmessungen und mit im wesentlichen gleicher Funktion wie die oben beschriebene Vorrichtung zu schaffen, die als Ersatz für herkömmliche Relais in solchen Geräten verwendet werden kann, bei denen Geschwindigkeit beim Übertragen von Signalen von untergeordneter Wichtigkeit ist. Solche Geräte sind beispielsweise Haushaltsgeräte verschiedenster Art wie Kochherde, Waschmaschinen, Geschirrspüler usw. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfacher und damit kostengünstiger in der Herstellung als bisher bekannte Vorrichtungen. Die Vorrichtung ist auch so gedacht, daß selbst kleine Ausdehnungen, d. h. Ausdehnungen, die mit Stromkreisen von geringer Wirkung erzielt werden, in verhältnismäßig große Bewegungen übertragen werden, die benutzt werden können, um Schnappmechanismen zu betätigen und ein Kontaktmittel zu steuern. Dies wird mit einer Vorrichtung erreicht, die die in den Ansprüchen angeführten Merkmale besitzt.
• Es werden nun einige Ausführungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
• - Fig. 1 und Fig. 2 in einem senkrechten Schnitt die Grundfunktion der Vorrichtung zeigen,
• - Fig. 3 eine perspektivische Ansicht mit Ausbruch von einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt,
• - Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine dritte, bevorzugte Ausführung der Erfindung zeigt,
• - Fig. 5 eine Draufsicht mit Ausbruch von der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung zeigt,
• - die Figuren 6 bis 8 Schnitte längs der Linien VI-VI, VII- II und VIII-VIII in Fig. 4 zeigen.
• Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, besteht die Vorrichtung aus einem allgemein mit 10 bezeichneten Arm, der mit einem Kontaktmittel 11 zusammenwirkt, wobei eine Feder 12 zwischen den Arm 10 und das Kontaktmittel 11 gespannt ist. Sowohl der Arm 10 als auch das Kontaktmittel 11 sind an einem Halter 13 befestigt.
• Der Arm 10 weist einen Halteabschnitt 14 auf, der an dem Halter 13 befestigt ist, wobei der Halteabschnitt von zwei länglichen, durch einen Luftspalt 17 voneinander getrennten Teilen 15, 16 über einen Abschnitt 18 fortgesetzt wird, der dünner ist als die Teile 15, 16. Da die Teile 15, 16 diesen dünneren Abschnitt haben, werden sie an diesem Abschnitt eine geringere Festigkeit gegen Biegen um eine Achse zeigen, die senkrecht zu der Papierebene steht, als die anderen Abschnitte der Teile. Die äußeren Enden der Teile 15 und 16 sind miteinander über ein Endteil 19 verbunden, an dem eine Vertiefung 20 besteht, in der die Feder 12 ruht. Die Teile 15 und 16 tragen eine Heizquelle, die aus einem bandförmigen Material 21, 22 besteht, beispielsweise einem Film, der einen Stromkreis 23, 24 umschließt, durch den elektrischer Strom geleitet werden kann. Das bandförmige Material 21, 22 ist an den Teilen 15 und 16 durch Kleben oder auf beliebige andere, geeignete Weise befestigt. Das bandförmige Material kann auch durch eine gedruckte Schaltung oder dergleichen ersetzt werden, die in herkömmlicher Weise hergestellt wird. Die beiden Teile 15 und 16 bestehen aus dem gleichen Material, vorzugsweise Metall.
• Das Kontaktmittel 11 besteht aus einem oberen und einem unteren Kontaktplättchen 25, 26 sowie aus einem beweglichen Zwischenplättchen 27, wobei diese Plättchen aus Metall bestehen, an dem Halter 13 befestigt sind und von dem Halter hervorstehen, so daß sie Kontaktstifte für elektrische Leitungen bilden. Die Kontaktstreifen 25, 26 sind an ihren inneren Enden und an den einander zugewandten Seiten mit einer Kontaktfläche 28, 29 versehen, und das Zwischenmetallplättchen 27 hat an jeder Seite eine Kontaktfläche 30, 31. Die Innenkante des Zwischenplättchens hat eine Vertiefung 32, die die Feder 12 aufnimmt, wobei sich das Plättchen 27 in einer Schnappbewegung zwischen einer oberen Stellung, bei der die Kontaktflächen 28, 30 aneinanderstoßen, und einer unteren Stellung, bei der die Kontaktflächen 29 und 31 zusammenwirken, hin- und herbewegt.
• Die Feder 12 besteht aus zwei gebogenen, dünnen Metallplättchen 33, 34, die so miteinander verbunden sind, daß die konkaven Seiten einander zugewandt sind, wobei die Plättchen an den äußeren Teilen, die in den Vertiefungen 20 bzw. 32 lagern, miteinander verbunden sind.
• Die Vorrichtung funktioniert auf folgende Weise. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung ragt der Arm 10 waagerecht von dem Halter 13 weg, wobei die Feder 12 das Metallplättchen 27 nach unten drückt, so daß die Kontaktfläche 31 an die Kontaktfläche 29 des Streifens 26 stört. Dies bedeutet, daß elektrischer Strom zwischen den Streifen 26 und 27 zu den angeschlossenen Leitungen fließen kann.
• Um die Stellung des Schalters zu ändern, wird ein Steuerstrom durch den Stromkreis 23 geleitet, was zur Folge hat, daß der Teil 15 in Längsrichtung ausgedehnt wird, während der Teil 16 im wesentlichen seine Länge beibehält. ein Teil der Wärme wird durch die Abschnitte 18 und den Teil 19 zum Teil 16 transportiert, doch ist die übertragene Wärme gering, verglichen mit der durch den Stromkreis 23 abgegebenen Wärme. Die durch die Wärme verursachte Differenz in der Ausdehnung zwischen Teil 15 und 16 bewirkt, daß das äußere Ende des Arms 10 nach unten in die in Fig. 2 gezeigte Stellung gebogen wird, wobei das Biegen hauptsächlich in dem dünneren Abschnitt erfolgt, während die Teile 15 und 16 ihre gerade Form beibehalten. Da diese Form während der Bewegung beibehalten wird, wird keine trennende Biegespannung zwischen dem Material 21, das den Stromkreis 23 umschließt, und den Teilen 15, 16 erzeugt.
• Wenn der Arm die in Fig. 2 mit durchgezogenen Linien dargestellte Stellung eingenommen hat und damit auf die Feder 12 einwirkt, so daß eine nach oben gerichtete Kraftkomponente an dem Metallplättchen 27 erzeugt wird, schnappt das Metallplättchen 27 nach oben in die Stellung, die gestrichelt gezeigt ist. Dies heißt, daß die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktplättchen 26 und 27 unterbrochen ist und stattdessen eine elektrische Verbindung zwischen den Plättchen 25 und 27 und den mit diesen verbundenen elektrischen Leitern hergestellt ist.
• Wenn der Strom im Stromkreis 23 dann unterbrochen ist, bleibt das Kontaktplättchen 27 in der gestrichelt dargestellten Stellung, obwohl der Arm 10 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zurückkehrt. Um den Kontaktstreifen in die Ausgangsstellung zurückzubringen, wird ein Strom durch den Stromkreis 24 geleitet, was bewirkt, daß der Arm 10 nach oben gebogen wird und daher über das Kontaktplättchen 27 in die Ausgangsstellung schnappt.
• Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung ist ein Halter 13 vorhanden, der vorzugsweise kastenförmig ist, wobei der Halter den Arm 10, das Kontaktmittel 11 und die Feder 12 umschließt. Der Arm 10 und die Feder 12 sind in diesem Fall integriert und bestehen aus drei Blattinetallteilen. Eines dieser Teile besteht aus einem länglichen, rahmenförmigen Metallplättchen 35 mit einer rechtwinkligen Öffnung 36, wobei ein Ende 37 des Metallplättchens 35 an jeder Seite mit einer Kontaktfläche 38 versehen ist. Von dem Ende 37 ragen drei parallele Zungen 39a, 39b, 39c auf eine später beschriebene Weise in die Öffnung. Von dem Ende 37 erstrecken sich auch zwei parallele Kantenteile 40 zum anderen Ende 41 des Metallplättchens 35, wobei das Ende 41 über einen Stift 42 mit einem nicht dargestellten elektrischen Stromkreis verbunden werden kann.
• Die beiden anderen Blattmetallteile 43 sind identisch und weisen ein flaches Ende 44 auf, das durch den Halter 13 an die beiden Seiten des Endes 41 gedrückt wird. Die Metallplättchenflächen der Enden 41 und 44 könnten mittels einer elektrisch isolierenden Schicht, die nicht gezeigt ist, voneinander getrennt werden. Das flache Ende 44 setzt sich ins Innere des Halters fort und bildet einen - verglichen mit dem übrigen Metallplättchen - schwächeren Abschnitt 45 und ragt aus dem Halter als Stift 46 heraus. Der schwächere Abschnitt 45 setzt sich in einen länglichen, steifen Profilteil 47 fort, der im Querschnitt U-förmig ist. Der obere dünne Blattmetallplättchen-Teil ist umgedreht, so daß die U-Form umgekehrt ist, und die beiden Teile sind durch einen Luftspalt 17 getrennt. Der Prafilteil 47 setzt sich in einen flachen Teil 48 mit einer nach oben bzw. nach unten gebogenen Außenkante 49 fort, wobei die beiden flachen Teile 48 aneinander zum Beispiel durch Punktschweizen befestigt sind.
• Jeder Blattmetallteil 43 weist eine gedruckte Schaltung 50 auf, die auf dem länglichen Profilteil 47 angeordnet ist und Leiterbahnen 51 aufweist, die mit dem Stift 46 verbunden sind, so daß ein Steuerstrom durch die gedruckte Schaltung fließen kann, wobei er den oberen oder den unteren Teil 47 heizt.
• Die nach oben bzw. nach unten gebogenen Außenkanten 49 bilden zusammen eine Anschlagfläche für die Zungen 39a, 39b, 39c, wobei diese Zungen eine solche Länge haben und dergestalt befestigt sind, daß sie gebogen sind. Die Zungen 39a und 39c haben ihre konkave Seite nach unten und die Zunge 39b hat ihre konkave Seite nach oben, wodurch ein Schnappvorgang erreicht wird, wenn der flache Teil 48 des Metallteils 43 gegenüber dem Ende 37 des Blattmetallplättchens 35 aufwärts oder abwärts bewegt wird.
• Das Kontaktmittel 11 besteht in diesem Fall aus zwei Blattmetallplättchen 52 und 53, die in dem Halter 13 befestigt sind, wobei sie jeweils eine Kontaktfläche 54 aufweisen, mit der die Kontaktfläche 38 des Endes 37 des Blattmetallplättchens zusammenwirkt. Die Enden der Blattmetallplättchen 52 und 53 sind als Stifte geformt, mit denen in herkömmlicher Weise elektrische Leitungen verbunden werden können.
• Diese Vorrichtung arbeitet so, daß der Strom, der durch den Stift 42 geleitet wird, durch das Metallplättchen 35 und eventuell durch die Blattmetallteile 43 zu der Kontaktfläche 38 fließt, die in der gezeigten Figur an der Kontaktfläche des Blattmetallplättchens 53 anliegt, so daß der Strom an dem Blattmetallplättchen 53 abgenommen werden kann. Um den Strom auf das Blattmetallplättchen 52 umzuschalten, wird ein Steuerstrom durch die gedruckte Schaltung 50 auf dem oberen länglichen Teil 47 geschickt, so daß der obere Teil 47 aufgeheizt wird und sich ausdehnt, während der entsprechende untere Teil seine Form beibehält. Da der Teil 47 eine relativ große Festigkeit gegen Biegen um eine Achse besitzt, die senkrecht zur Längsrichtung des Arms und ebenfalls senkrecht zur Bewegungsrichtung des Arms steht, verursacht die Differenz in der Ausdehnung zwischen den beiden Teilen 43 eine abwärts gerichtete Biegebewegung des Arms 10, wobei das Biegen an dem schwächeren Abschnitt 45 erfolgt, der im Vergleich zu den Blattinetallteilen 43 eine verhältnismäßig geringe Biegefestigkeit in der genannten Richtung besitzt. Die Abwärtsbewegung der äußeren, freien Enden der Teile 43 und damit des flachen Teils 48 bewirkt, daß die Zungen 39a, 39b, 39c aneinandergedrückt werden. Wenn die Kraftkomponente am Ende 37 des Metallplättchens 35, die von den Zungen in einer bestimmten Stellung erzeugt wird, sich nach oben richtet, schnappt das Ende 37 in eine obere Stellung um, bei der die Kontaktfläche 38 an der Kontaktfläche 54 des Blattmetallplättchens 52 in Anlage kommt, so daß der Strom an dem Blattmetallplättchen 52 abgenommen werden kann.
• Entsprechend kann das Blattmetallplättchen zurückbewegt werden, indem ein Steuerstrom durch die Schaltung 50 auf dem unteren Blattmetallplättchen-Teil 43 geschickt wird.
• Es ist zu bemerken, daß es gemäß dieser Ausführung möglich ist, vorübergehend eine Einschaltwirkung des Blattmetallplättchens 52 mit einer automatischen Rückstellfunktion bei Ausschalten des Steuerstroms zu erzielen. Wird das Blattmetallplättchen 52 auf einer niedrigeren Höhe angeordnet als gezeigt, so daß der Schnappvorgang der Feder nicht in Gang gesetzt wird, wenn der Steuerstrom eingeschaltet wird, dann liegt die Kontaktfläche 38 an der Kontaktfläche 54 des oberen Blattmetallplättchens 52 so lange an, wie der Steuerstrom zu der Schaltung 50 auf dem oberen Blattmetallplättchen-Teil 43 geschickt wird. Das heißt also, daß der untere Blattmetallplättchen-Teil nicht mit einer gedruckten Schaltung ausgerüstet werden muß.
• Die in den Figuren 4 bis 8 gezeigte Ausführung weist wie die zuvor beschriebenen Ausführungen einen Halter 13, einen Arm 10, eine Feder 12 und ein Kontaktmittel 11 auf. Wie bei der zuletzt beschriebenen Ausführung weisen der Arm 10 und die Feder 12 zusammenwirkende Blattmetallplättchen-Teile auf, einen Teil 55 mit Zungen 56, die dem äußeren Ende der beiden anderen Teile 57 zustreben, die an diesem Ende aneinander befestigt sind. Die beiden Teile 57 sind durch einen Luftspalt 17 voneinander getrennt und weisen einen länglichen, steifen Teil 58 auf, der im Querschnitt U-förmig ist, wobei sich dieser Teil in der Nähe des Halters in einen flachen Abschnitt 59 mit geringerer Biegefestigkeit fortsetzt. Dieser Abschnitt setzt sich in den Stift 60 fort, an den ein Anschlußmittel für Steuerstrom angeschlossen ist. An jedem der Stifte 60 befindet sich eine Leiterbahn 61, mit der eine gedruckte Schaltung 62, die auf dem länglichen, steifen Teil 58 angebracht ist, verbunden ist, so daß ein Steuerstrom einen der Teile 58 aufheizen kann.
• Der Blattmetallplättchen-Teil 55 ist wie bei der zuletzt beschriebenen Ausführung rahmenförmig und wird in seinem mittleren Teil an beiden Seiten von Zapfen gehalten, die aus dem Halter 13 herausstehen. Diese Zapfen begrenzen den erforderlichen senkrechten Raum im Halter für die Bewegung des Arms und der Feder.
• Das äußere, freie Ende des Arms weist eine Gabel 64 auf, die ein bewegliches Blattmetallplättchen 65 mit einer Kontaktfläche 66 an seiner Ober- und Unterseite umgibt. Die Kontaktflächen 66 können mit entsprechenden Kontaktflächen an einem oberen und einem unteren Blattmetallplättchen 67 bzw. 68 zusammenwirken. Sämtliche Blattmetallplättchen 65, 67 und 68 sind an dem Halter befestigt und erstrecken sich außerhalb dessen, wo sie sich in Stiften fortsetzen, die mit elektrischen Leitungen verbunden werden können.
• Die Vorrichtung arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise, wie sie für die erstgenannte Ausführung beschrieben wurde, d. h. ein Strom, der durch das Blattmetallplättchen 65 zugeführt wird, kann entweder durch die Blattmetallplättchen 66 oder 67 fließen, indem ein Steuerstrom vom Stift 60 zur oberen oder unteren gedruckten Schaltung 62 geleitet wird. Die sich daraufhin ergebende Wärmeausdehnungsdifferenz wird in eine Biegebewegung des Arms 10 umgewandelt, wobei das Biegen an dem schwächeren Abschnitt 59 erfolgt. Das Biegen bewirkt, daß der Schnappvorgang der Feder 12 in Gang gesetzt wird und die Gabel 64 das Blattmetallplättchen 65 von einer oberen Stellung in eine untere oder umgekehrt bewegt.
• Es muß bemerkt werden, daß mehrere Vorrichtungen dieser Art, die in Fig. 5 gezeigt ist, vorzugsweise nebeneinander angeordnet werden, um eine ganze Kette von Relais-Funktionen zu schaffen.

Claims (10)

1. Elektrisch gesteuerter Arm für elektrische Schalter, der ein erstes, befestigtes Ende und ein zweites Ende, das im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Arms bewegt werden kann, aufweist, wobei der Arm aus zwei im wesentlichen parallelen Teilen (15, 16, 47, 57) besteht, die durch einen Luftspalt (17) oder ein anderes wärmeisolierendes Material voneinander getrennt sind, wobei mindestens einer der Teile elektrisch erwärmt werden kann, um durch Wärmeausdehnung im Verhältnis zu dem anderen Teil die genannte Bewegung auszuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile so geformt sind, daß sie angrenzend an das Ende, das (an 18, 45, 59) befestigt ist, eine geringere Festigkeit gegen Biegen um eine Achse besitzen, die senkrecht zur Längsrichtung des Arms und zur genannten Bewegungsrichtung steht, als die übrigen Teile.

2. Arm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Blattmetallplättchen-Teilen (43, 58) besteht, die an den Enden aneinander befestigt sind.

3. Arm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (43, 58) im größten Teil des Abstandes zwischen den genannten Enden profilgeformt sind, um die Biegefestigkeit zu erhöhen.

4. Arm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil ein U-Profil ist.

5. Arm nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im Bereich (45, 59) mit der geringeren Biegefestigkeit flach sind und aneinander anliegen.

6. Arm nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er, wenn er bewegt wird, über eine Feder (12) auf ein Kontaktmittel einwirkt.

7. Arm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) eine Druckfeder ist, die zwischen dem genannten Arm (10) und dem Kontaktmittel (11) sitzt, wobei die Bewegung des Arms einen Schnappvorgang des Kontaktmittels verursacht, so dar es bei einer bestimmten Biegebewegung durch den Arm schrittweise zwischen zwei Stellungen bewegt wird.

8. Arm nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) aus mindestens zwei gebogenen Zungen besteht, deren konkave Seiten einander zugewandt sind und deren Enden zwischen dem Kontaktmittel (11) und dem Arm (10) gespannt sind.

9. Arm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (39a, 39b, 39c) ein Teil eines rahmenförmigen Metallplättchens (35) sind, dessen eines Ende (41) zwischen den Metallplättchen (43, 58) angeordnet ist, die den Arm bilden, und dessen anderes Ende (37) mindestens eine Kontaktfläche (38) des Kontaktmittels stützt, und daß die Teile (40), die die genannten Enden (37, 41) verbinden, sich an jeder Seite des Arms befinden.

10. Arm nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der genannten Teile (15, 16, 43, 57) einen Stromkreis (23, 24, 50, 62) trägt, durch den ein Steuerstrom fließen kann, um den Teil aufzuheizen.