EP0026449B1

EP0026449B1 - Mehrfach-Druckschalter

Info

Publication number: EP0026449B1
Application number: EP80105745A
Authority: EP
Inventors: Helmut Dr. Dipl.-Phys Baader
Original assignee: Elektromanufaktur Zangenstein Hanauer GmbH and Co KGaA
Current assignee: Elektromanufaktur Zangenstein Hanauer GmbH and Co KGaA
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1980-09-24
Publication date: 1983-06-15
Also published as: US4346276A; DE2938960A1; EP0026449A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfach-Druckschalter mit einem ersten und einem zweiten Schnappschalter, die unter Federvorspannung je eine Ausgangsstellung einnehmen und einen ersten und einen zweiten Angriffspunkt für ein Betätigungsglied aufweisen, das sich an insgesamt drei an den Ecken eines gedachten Dreiecks liegenden Angriffspunkten abstützt und das bei allmählicher Zunahme einer innerhalb des Dreiecks auf das Betätigungsglied einwirkenden äußeren Kraft zuerst den ersten und danach den zweiten Schnappschalter in eine Endstellung umschnappen läßt.
Solche Mehrfach-Druckschalter weisen im allgemeinen ein Gehäuse auf, das durch eine Membran in zwei Kammern unterteilt ist. Auf die eine Seite der Membran wirkt ein Druck ein, der überwacht werden soll; an der anderen Seite der Membran ist eine Druckplatte angeordnet, auf welche die Membran den Druck überträgt und die sich ihrerseits an dem Betätigungsglied abstützt. Das Betätigungsglied ist im allgemeinen als dreiarmiger Hebel ausgebildet und erstreckt sich mit jedem seiner drei Arme zu einem der Angriffspunkte, die an den Ecken eines Dreiecks, vorzugsweise eines gleichseitigen Dreiecks, liegen. Die Druckplatte stützt sich vorzugsweise im Mittelpunkt dieses Dreiecks am Betätigungsglied ab. Mindestens zwei der Angriffspunkte für das Betätigungsglied sind an je einem Schnappschalter ausgebildet; der dritte Angriffspunkt ist entweder ortsfest oder, wenn eine dreifache Umschaltmöglichkeit gefordert wird, an einem dritten Schnappschalter ausgebildet.
Wenn, ausgehend von einem Ruhezustand, in dem die Membran nicht mit Druck belastet ist, der auf die Membran einwirkende äußere Druck, und damit die auf das Betätigungsglied einwirkende äußere Kraft, allmählich zunimmt und schließlich einen durch die Vorspannung am ersten Schnappschalter vorbestimmten Betrag erreicht, dann schnappt der erste Schnappschalter, wie es dem Wesen eines Schnappschalters entspricht, aus seiner Ausgangsstellung schlagartig in seine Endstellung um. Dabei folgt das Betätigungsglied dem ersten Angriffspunkt, indem es um eine gedachte Achse schwenkt, die durch den zweiten und den dritten Angriffspunkt bestimmt ist. Derjenige Punkt des Betätigungsgliedes, der ursprünglich auf dem ersten Angriffspunkt aufgelegen hat, bewegt sich bei dieser Schwenkung des Betätigungsgliedes auf einem Kreisbogen. Es ist aus Platzgründen im allgemeinen nicht möglich, den ersten Schnappschalter so anzuordnen, daß sich dessen Angriffspunkt beim Umschnappen auf demselben Kreisbogen bewegt. Infolgedessen findet zwischen dem ersten Angriffspunkt und dem Betätigungsglied beim Umschnappen des ersten Schnappschalters eine Relativverschiebung statt, bei der ein Reibungswiderstand überwunden werden muß. Dieser Reibungswiderstand läßt sich in einer Serienfertigung nicht hinreichend genau konstant halten und ändert sich im Laufe der Zeit auch dadurch, daß die aufeinandergleitenden, meist sehr kleinen Flächen entweder glatter werden, wenn der betreffende Schnappschalter häufig umschnappt, oder durch Korrosion allmählich rauher werden. Bei gegebener Größe der Reibungskraft ist die durch Reibung aufgezehrte Energie um so größer, je größer die Relativverschiebung zwischen dem Angriffspunkt und dem Betätigungsglied ist.
Das im Vorstehenden im Zusammenhang mit dem ersten Schnappschalter Gesagte gilt sinngemäß auch für den zweiten Schnappschalter, wenn dieser umschnappt, sowie für den dritten Schnappschalter, sofern dieser vorhanden ist. Je größer aber die Reibungsenergie ist, die beim Umschnappen der einzelnen Schnappschalter durch eine Relativverschiebung zwischen deren Angriffspunkt und dem Betätigungsglied aufgezehrt wird, desto geringer ist die Genauigkeit, mit der sich ein bestimmter Umschaltdruck für jeden Schnappschalter durch Einstellen der Federvorspannung des betreffenden Schnappschalters vorherbestimmen läßt.
Es ist allerdings ein Mehrfach-Druckschalter der eingangs beschriebenen Gattung bekannt (DE-B2-2 311 498), bei der auf einer als Betätigungsglied vorgesehenen dreiarmigen Schaltplatte drei verschiebbar angeordnete Schaltstangen aufliegen, welche die drei Arme der Schaltplatte mit je einem Schnappschalter verbinden und an ihren von der Schaltplatte abgewandten Ende gelenkig mit je einer Blattfeder verbunden sind. Die Blattfedern sind an je einem einstellbaren Widerlager abgestützt, so daß sie den von der Schaltplatte ausgeübten Stellkräften je eine einstellbare Gegenkraft entgegensetzen. Zusammen mit der Schaltplatte bilden die Blattfedern näherungsweise je eine Parallelogrammlenkeranordnung, welche die zugehörige Schaltstange annähernd parallel zu sich selbst verschiebbar führt. Diese Anordnung hält zwar die Reibungsverluste der Bewegungsübertragung von der Schaltplatte auf die Schnappschalter gering, ist aber teuer und beansprucht einen großen Bauraum.
Ein anderer bekannter Mehrfach-Druckschalter (US-A-3 210 486) unterscheidet sich von der eingangs beschriebenen Gattung dadurch, daß anstelle von Schnappschaltern an einem Gehäuse drei ortsfeste Kontakte in einer gemeinsamen Ebene und in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Über den ortsfesten Kontakten ist als Betätigungsglied ein dreiarmiger Hebel angeordnet, der an den Enden seiner Arme, oberhalb je eines der ortsfesten Kontakte, einen beweglichen Kontakt aufweist. Der dreiarmige Hebel ist an einer im wesentlichen kreisförmigen federnden Platte abgestützt, die durch bogenförmige Schlitze in mehrere voneinander unabhängig nachgiebige Segmente unterteilt und in Bereichen zwischen den Armen des Betätigungsgliedes am Gehäuse abgestützt ist. Durch die Anordnung der beweglichen Kontakte unmittelbar an den Armen des Betätigungsgliedes werden Reibungsverluste vermieden; die Anordnung ist auch verhältnismäßig einfach und beansprucht wenig Bauraum. Ein Schnappeffekt, ohne den ein Mehrfach-Druckschalter für die meisten Verwendungszwecke nicht brauchbar ist, läßt sich jedoch nur dadurch erzielen, daß den einzelnen ortsfesten Kontakten je ein Magnet zugeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Mehrfach-Druckschalter der eingangs beschriebenen Gattung den Einfluß, den die Reibung zwischen dem Betätigungsglied und den einzelnen Schnappschaltern auf die Umschaltgenauigkeit ausübt, mit einfachen und raumsparenden Mitteln gering zu halten.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Angriffspunkt in seiner Ausgangsstellung bezogen auf eine zur Wirkungsrichtung der äußeren Kraft normale Basisebene höher und in seiner Endstellung tiefer liegt als der zweite Angriffspunkt in dessen Ausgangsstellung, und daß der zweite Angriffspunkt in seiner Ausgangsstellung höher und in seiner Endstellung tiefer liegt als der dritte Angriffspunkt.
Auf diese Weise läßt sich die Relativverschiebung, die zwischen den einzelnen Angriffspunkten und dem Betätigungsglied jeweils beim Umschnappen eines Schnappschalters stattfindet, erheblich geringer halten als bei dem beschriebenen bekannten Mehrfach-Druckschalter.
Die bei gegebener Größe des Schaltweges und gegebenem Abstand zwischen den Angriffspunkten geringstmögliche Relativverschiebung beim Umschnappen des ersten Schnappschalters erreicht man, wenn der zweite Angriffspunkt in seiner Ausgangsstellung auf halber Höhe zwischen der Ausgangs- und der Endstellung des ersten Angriffspunktes liegt.
In entsprechender Weise erreicht man unter sonst unveränderten Bedingungen die geringstmögliche Relativverschiebung beim Umschnappen des zweiten Schnappschalters, wenn der erste Angriffspunkt in seiner Endstellung auf halber Höhe zwischen der Ausgangs- und der Endstellung des zweiten Angriffspunktes liegt.
Der dritte Angriffspunkt kann in bekannter Weise ortsfest sein, wenn nur zwei Schnappschalter erforderlich sind. Die Erfindung ist jedoch mit besonderem Vorteil auch auf Dreifach-Druckschalter anwendbar, also auf solche Druckschalter, die zusätzlich zum ersten und zweiten Schnappschalter einen dritten Schnappschalter aufweisen, an dem der dritte Angriffspunkt für das Betätigungsglied ausgebildet ist, und der bei allmählicher Zunahme der äußeren Kraft nach dem zweiten Schnappschalter umschnappt. Erfindungsgemäß ist ein solcher Mehrfach-Druckschalter dadurch weitergebildet, daß der dritte Angriffspunkt in seiner Endstellung tiefer liegt als der zweite Angriffspunkt in dessen Endstellung.
Die geringstmögliche Relativverschiebung zwischen den Schnappschaltern und dem Betätigungsglied beim Umschalten des dritten Schnappschalters ergibt sich dann, wenn der zweite Angriffspunkt in seiner Endstellung auf halber Höhe zwischen der Ausgangs- und der Endstellung des dritten Angriffspunktes liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 bis 3 Draufsichten eines Dreifach-Druckschalters in verschiedenen Zuständen zunehmender Demontage,
Fig. 4 den Schnitt IV-IV in Fig. 1,
Fig.5a bis 5d den Schnitt V-V in Fig. 1 in verschiedenen Schaltzuständen des Dreifach-Druckschalters.

Der dargestellte Dreifach-Druckschalter hat ein topfförmiges Gehäuse 2 mit einem im wesentlichen ebenen Boden 4 und einer kreiszylindrischen Außenwand 6. Das Gehäuse 2 ist durch eine Membran 8 abgeschlossen, die bei dem fertig zusammengebauten Dreifach-Druckschalter von einem nicht dargestellten Gehäusedeckel überdeckt und zwischen diesem und dem Gehäuse 2 dicht eingespannt ist.
Das Gehäuse 2 enthält drei Schnappschalter 10, 10' und 10", die einander in ihrer Gestaltung vollständig gleichen und sich nur in ihrer Anordnung innerhalb des Gehäuses 2 voneinander unterscheiden. Im folgenden wird deshalb nur der Schnappschalter 10 im einzelnen beschrieben; Bauteile der beiden übrigen Schnappschalter 10 und 10", die im folgenden erwähnt werden, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen wie die entsprechenden Bauteile des Schnappschalters 10 und von diesen durch einen einfachen oder einen doppelten Indexstrich unterschieden, je nachdem ob sie zum Schnappschalter 10' oder 10" gehören.
Als bewegliches elektrisch leitendes Bauteil weist der Schnappschalter 10 eine Schnappfeder 12 in Gestalt einer rechteckigen Blattfeder auf. Die Schnappfeder 12 hat zwei parallele Längsschlitze 14, die ein Paar äußerer Schenkel 16 derart begrenzen, daß diese nur an ihren beiden Enden miteinander und mit einem mittleren Teil der Schnappfeder 12 zusammenhängen. Der mittlere Teil besteht aus zwei mittleren Schenkeln 18, die beim Ausstanzen der Schnappfeder 12 voneinander getrennt worden sind. Diese beiden mittleren Schenkel 18 sind mit einem Federträger 24 derart verschweißt, daß die Gesamtlänge der mittleren Schenkel 18 und des sie miteinander verbindenden Abschnittes des Federträgers 24 größer ist als die Länge jedes der beiden äußeren Schenkel 16.
Die beiden mittleren Schenkel 18 können infolgedessen nicht in einer gemeinsamen Ebene mit den äußeren Schenkeln 16 liegen, sondern bilden entweder eine in bezug auf die äußeren Schenkel 16 erst nach oben, dann nach unten und schließlich wieder nach oben gewölbte Schlangenlinie (Fig. 4) oder einen in bezug auf die beiden äußeren Schenkel 16 nach oben gewölbten Bogen. Die am Federträger 24 befestigte Schnappfeder 12 ist somit bistabil; sie kann nur unter Einwirkung einer äußeren Kraft zwischen einer ersten Schaltstellung (Fig. 4) und einer zweiten Schaltstellung hin und her springen.
Der Federträger 24 ist am Gehäuseboden 4 befestigt und weist eine durch diesen hindurch nach außen ragende Lötfahne 26 auf. Weitere elektrisch leitende Bauteile des Schnappschalters 10 sind zwei ortsfeste Kontakte 28 und 30, die einander gegenüber beiderseits eines an der Schnappfeder 12 befestigten, doppelseitig ausgebildeten Schaltkontakts 32 an je einem Kontaktträger 34 bzw. 36 befestigt sind. Die Kontaktträger 34 und 36 sind am Gehäuseboden 4 befestigt und haben ebenfalls je eine durch diesen hindurchragende Lötfahne 38 bzw. 40
Somit verbindet der Schnappschalter 10 die Lötfahnen 26 und 38 miteinander, wenn die Schnappfeder ihre eine Schaltstellung einnimmt, die im folgenden als Ausgangsstellung bezeichnet wird. Der Schnappschalter 10 ist in seiner Ausgangsstellung in Fig. 4 und teilweise auch in Fig. 5a erkennbar. Wenn die Schnappfeder 12 dagegen ihre zweite, im folgenden als Endstellung bezeichnete Schaltstellung einnimmt, verbindet der Schnappschalter 10 die Lötfahnen 26 und 40 miteinander. Der Schnappschalter 10 ist in seiner Endstellung in Fig. 5b, c und d teilweise dargestellt.
Beiderseits des Federträgers 24 ist je ein Lagerbock 42 angeordnet, der mit dem Gehäuse 2 einstückig ausgebildet ist. In den Lagerböcken 42 ist ein Hebel 50 um eine zur Ebene der Membran 8 parallele, in bezug auf das Gehäuse 2 annähernd radiale Achse A schwenkbar gelagert. Der Hebel 50 umgreift den Federträger 24 mit reichlichem Spiel, so daß er in einem weiten Winkelbereich um die Achse A schwenkeinstellbar ist. Zum Einstellen des Hebels 50 ist ein Einstellglied 52 in Gestalt einer Kopfschraube vorgesehen, die am von der Achse A entfernten Ende des Hebels 50 angreift und in den Gehäuseboden 4 eingeschraubt ist.
Der Hebel 50 hat einen etwa U-förmigen Querschnitt mit zwei Flanschen 54, die in einer zur Achse A parallelen Ebene seitlich wegragen. Mit den beiden Flanschen 54 sind zwei Blattfedern 56 verschweißt, die sich in derselben Längsrichtung wie die Schnappfeder 12 auf deren beiden Seiten erstrecken. Während die Schnappfeder 12 sich zwischen den beiden Lagerböcken 42 hindurcherstreckt, sind die beiden Blattfedern 56 außerhalb der Lagerböcke angeordnet. Die beiden Blattfedern 56 sind mit je einem zur Achse A ebenfalls parallelen Flansch 58 eines Lenkers 60 verschweißt und bilden gemeinsam eine Lagerung für den Lenker 60, die diesem Schwenkungen um die Achse A, jedoch keinerlei andere Bewegung ermöglicht.
Am Lenker 60 ist ein Haken 62 ausgebildet, an dem das eine, vom Schaltkontakt 32 und vom Hebel 50 entfernte Ende der Schnappfeder 12 befestigt ist. Das vom Hebel 50 entfernte Ende 64 des Lenkers selbst ragt in eine Aussparung 66 der Gehäusewand 6 hinein, deren obere und untere Begrenzung je einen Anschlag für den Lenker 60 bilden. Zwischen dem Haken 62 und dem Ende 64 ist am Lenker 60 ein kegelförmiger Angriffspunkt 68 für einen Arm 70 eines Betätigungsgliedes 72 ausgebildet.
Je nachdem, ob das Einstellglied 52 mehr oder weniger tief in den Gehäuseboden 4 eingeschraubt ist, liegt das Ende 64 des Lenkers 60 in Ruhestellung des Schnappschalters 10 mit einer mehr oder weniger großen Vorspannung an der oberen Begrenzung der Aussparung 66 an (Fig. 4 und 5a). Wenn jedoch das Betätigunsglied 72 mit seinem Arm 70 auf den Angriffspunkt 68 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt, die einen bestimmten, der Vorspannung entsprechenden Betrag überschreitet, dann drückt diese Kraft den Lenker 60 in seine untere Anschlagstellung (Fig.5b, c und d), und auf dem Weg dorthin springt die Schnappfeder 12 schlagartig um, so daß deren Schaltkontakt 32, der in der Ausgangsstellung am oberen ortsfesten Kontakt 28 angelegen hat, sich schlagartig von diesem löst und an den unteren ortsfesten Kontakt 30 anlegt, womit die Endstellung des Schnappschalters 10 erreicht ist. Der Schnappschalter 10 verharrt so lange in seiner Endstellung, bis die vom Arm 70 auf den Angriffspunkt 68 ausgeübte Kraft wieder kleiner wird als die vom Einstellglied 52 in Verbindung mit den Blattfedern 56 erzeugte Vorspannung.
Das Betätigungsglied 72 ist gemäß Fig. 1 als dreiarmiger Hebel ausgebildet und weist in seiner Mitte eine hohlkegelförmige Pfanne 74 auf. In die Pfanne 74 greift ein Dorn 76 ein, der sich wie die Pfanne 74 nach unten verjüngt, jedoch mit einem kleineren Winkel, so daß er innerhalb der Pfanne allseits kippen kann. Der Dorn 76 ist an einer Druckplatte 78 ausgebildet, auf der die Membran 8 aufliegt.
In Fig. 1 ist das Gehäuse 2 ohne Membran 8 und Druckplatte 78 dargestellt; die obersten hier gezeichneten Bauteile sind die Kontaktträger 34, 34' und 34" sowie das Betätigungsglied 72 mit seinen drei Armen 70, 70' und 70". Diese Bauteile, die in Fig. 1 durch dicke Linien hervorgehoben werden, sind in Fig. 2 fortgelassen, so daß dort die Schnappfedern 12, 12' und 12" zuoberst liegen. Die in Fig. mit dicken Linien hervorgehobenen Schnappfedern 12, 12' und 12" sind in Fig. 3 fortgelassen, so daß dort die Hebel 50, 50' und 50", die Blattfedern 56, 56' und 56" sowie die Lenker 60, 60' und 60" in allen wesentlichen Einzelheiten dargestellt und mit dicken Linien hervorgehoben sind. Mit dünnen Linien sind in Fig. 1 bis 3 außerdem Zwischenwände 80, 80' und 80" dargestellt, die sich innerhalb des Gehäuses 2 im wesentlichen radial erstrecken und die drei Schnappschalter 10, 10' und 10" voneinander trennen.
Von den drei Armen 70, 70' und 70" des Betätigungsgliedes 72 ist gemäß Fig. 5a bis d der Arm 70 an seinem auf den Angriffspunkt 58 drückenden Ende unten pfannenförmig ausgebildet, der mit dem Angriffspunkt 68' zusammenwirkende Arm 70' hat dagegen an der Unterseite seines Endes die Form einer in bezug auf das Gehäuse 2 annähernd radialen Kerbe während der mit dem Angriffspunkt 68" zusammenwirkende Arm 70" an der Unterseite seines Endes eben ausgebildet ist. Auf diese Weise ist das Betätigungsglied 70 auf den drei Angriffspunkten 68, 68' und 68" in statisch eindeutiger Weise spielfrei abgestützt.
Gemäß Fig. 5a liegen die Angriffspunkte 68, 68' und 68" in der Ausgangsstellung des zugehörigen Schnappschalters 10 bzw. 10' bzw. 10" in unterschiedlicher Höhe über einer beliebig gewählten Basisebene E, die sich normal zur Wirkungslinie der Druckkraft D erstreckt. Die größte Höhe H über der Basisebene E hat der Angriffspunkt 68 des ersten Schnappschalters 10, die zweitgrößte Höhe H' hat der Angriffspunkt 68' des zweiten Schnappschalters 10' und die geringste Höhe H" hat der Angriffspunkt 68" des dritten Schnappschalters 10". Beim Umschnappen des ersten Schnappschalters 10 ändern sich die Höhenverhältnisse jedoch gemäß Fig. 5b derart, daß nun der Angriffspunkt 68 eine Höhenlage einnimmt, die zwischen den Höhen H' und H" liegt. Entsprechende Höhenänderungen finden statt, wenn gemäß Fig. 5c der zweite Schnappschalter 10' und gemäß Fig. 5d der dritte Schnappschalter 10" aus seiner Ausgangsstellung in seine Endstellung umschnappt.

Claims

1. Mehrfach-Druckschalter mit einem ersten und einem zweiten Schnappschalter (10 bzw. 10'), die unter Federspannung je eine Ausgangsstellung einnehmen und einen ersten und einen zweiten Angriffspunkt (68 bzw. 68') für ein Betätigungsglied (72) aufweisen, das sich an insgesamt drei an den Ecken eines gedachten Dreiecks liegenden Angriffspunkten (68, 68', 68") abstützt und das bei allmählicher Zunahme einer innerhalb des Dreiecks auf das Betätigungsglied (72) einwirkenden äußeren Kraft (D) zuerst den ersten (10) und danach den zweiten Schnappschalter (10') in eine Endstellung umschnappen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Angriffspunkt (68) in seiner Ausgangsstellung (Fig. 4, 5a) bezogen auf eine zur Wirkungsrichtung der äußeren Kraft (D) normale Basisebene (E) höher und in seiner Endstellung (Fig. 5b, c, d) tiefer liegt als der zweite Angriffspunkt (68') in dessen Ausgangsstellung (Fig. 5a, b), und daß der zweite Angriffspunkt (68') in seiner Ausgangsstellung (Fig.5a, b) höher und in seiner Endstellung (Fig. 5c, d) tiefer liegt als der dritte Angriffspunkt (68").

2. Mehrfach-Druckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Angriffspunkt (68') in seiner Ausgangsstellung (Fig.5a, b) auf halber Höhe zwischen der Ausgangs- und der Endstellung des ersten Angriffspunktes (68) liegt.

3. Mehrfach-Druckschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Angriffspunkt (68) in seiner Endstellung (Fig. 5b, c, d) auf halber Höhe zwischen der Ausgangs-und der Endstellung des zweiten Angriffspunktes (68') liegt.

4. Mehrfach-Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der zusätzlich einen dritten Schnappschalter (10") aufweist, an dem der dritte Angriffspunkt (68") für das Betätigungsglied (72) ausgebildet ist, und der bei allmählicher Zunahme der äußeren Kraft (D) nach dem zweiten Schnappschalter (10') umschnappt, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Angriffspunkt (68") in seiner Endstellung (Fig. 5d) tiefer liegt als der zweite Angriffspunkt (68') in dessen Endstellung.

5. Mehrfach-Druckschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Angriffspunkt (68') in seiner Endstellung (Fig. 5c, d) auf halber Höhe zwischen der Ausgangs- und der Endstellung des dritten Angriffspunktes (68") liegt.