SNAP-ACTION SWITCH AND PROCESS FOR ITS PRODUCTION

Abstract: 1. A snap switch (10) comprising - a snap spring (12) mounted to a spring support (24) and, at a distance to the latter, carrying at least one switch contact, - at least one contact (28, 30) stationary with respect to the spring support (24), against which contact the switch contact (32) rests in a switch position of the snap spring (12), - a guide (60) pivotally supported in the proximity of the spring support (24) and being connected with the snap spring (12), at a distance to the point of mounting of the latter, and to the switch contact (32), and having a point of attack (68) for an actuating force P, - at least one pre-tension spring acting on the guide (60) and tending to maintain said guide with pre-tension in an abutment position, and - an adjustment member (52) by which the pre-tension of the pre-tension spring may be adjusted characterized in that the pre-tension spring is a leaf spring (56) secured on the one hand to the guide (60) and on the other hand to a lever (50) mounted in the proximity of the spring support (24) in a stationary bearing (44) and adapted to be pivotally adjusted by means of the adjustment member (52).

Description: Schnappschalter sowie Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft -einen Schnappschalter mit - einer Schnappfeder, die an einem Federträger befestigt ist und in einem Abstand von diesem mindestens einen Schaltkontakt trägt, - mindestens einem in bezug auf den Federträger ortsfesten Kontakt, an dem der Schaltkontakt in einer Schaltstellung der Schnappfeder anliegt, - einem Lenker, der in der Nähe des Federträgers schwenkbar gelagert ist und in einem Abstand von seiner Lagerung sowie vom ortsfesten Kontakt mit der Schnappfeder verbunden ist und einen Angriffspunkt für eine Betätigungskraft aufweist; - einer Vorspannfeder, di#e auf den Lenker einwirkt und bestrebt ist, diesen mit Vorspannung in einer Anschlagstellung zu halten, - und einem Einstellglied, mit dem sich die Vorspannung der Feder einstellen lässt. Schnappschalter werden in der Elektrotechnik häufig dazu benutzt, sicherzustellen, dass Umschaltungen von elektrischen Kontakten schlagartig geschehen, sobald eine an sich beliebig langsam veränderliche Eingangsgrösse einen bestimmten kritischen Wert erreicht hat. Schlagartige Umschaltungen sind notwendig, um eine sichere Kontaktgabe zu erreichen und Kontaktbrand zu vermeiden. Häufig, beispielsweise bei Membran-Druckschaltern, ist die Eingangs grösse eine Kraft, die eine einstellbare Vorspannung überwinden muss, um ein Umschalten des Schnappschalters zu bewirken. Bei einem bekannten Schnappschalter der beschriebenen Art ist die Vorspannfeder eine Schraubendruckfeder, die sich einerseits an einer Einstellschraube abstützt und andererseits unmittelbar gegen den Lenker drückt. Der Lenker ist auf einer korperlich ausgebildeten Achse gelagert, die ortsfest derart angeordnet ist, dass der Lenker ausschliesslich zum Umschalten erforderliche Kräfte auf die Schnappfeder überträgt, diese aber von Querkräften entlastet. Dies gilt sowohl für Querkraftkomponenten der auf den Lenker einwirkenden Betätigungskraft wie auch für Querkraftkomponenten, die von der Vorspannfeder auf den Lenker übertragen werden können. Zwischen der Schraubendruckfeder und der Einstellschraube ist eine verdrehgesicherte Zwischenlage angeordnet, die verhindern soll, dass die Einstellschraube, wenn sie zum Justieren des Schnappschalters gedreht wird, die Schraubendruckfeder mitdreht und in dieser eine Torsionsspannung aufbaut, die zunächst durch Haftreibung erhalten bleibt, sich aber früher oder später infolge von Erschütterungen des Schnappschalters löst, wodurch sich die auf den Lenker einwirkende Vorspannung, und damit die gesamte Schaltcharakteristik des Schnappschalters, um einen nicht im Voraus feststehenden Betrag ändern würde. Trotz dieser Massnahmen - Entlastung der Schnappfeder von Querkräften, die das Umschnappverhalten verändern könnten einerseits und Bemühungen, die Vorspannkraft konstant zu halten andererseits - ist es bei bekannten Schnappschaltern der beschriebenen Gattung schwierig und, wenn überhaupt, nur mit erheblichem fertigungstechnischen Aufwand möglich, über längere Zeit hinweg zu garantieren, dass ein Umschaltvorgang dann und nur dann stattfindet, wenn die Eingangsgrösse einen mit engen Tole ranzen vorgegebenen kritischen Wert erreicht oder überschreitet. Diese Schwierigkeiten beruhen einerseits darauf, dass die Lage der Schraubendruckfeder in bezug auf den Lenker nicht vollständig genau definierbar ist und es sich infolgedessen nicht ausschliessen lässt, dass beim Justieren des bekannten Schnappschalters bestimmte Spannungen in der Schraubenfeder zunächst nur durch Haftreibung erhalten bleiben und sich später infolge von Erschütterungen lösen; infolgedessen kann sich beispielsweise die Lage der Federachse in bezug auf die Schwenkachse des Lenkers ändern, was eine entsprechende Änderung des von der Schraubendruckfeder auf den Lenker ausgeübten Drehmoments zur Folge hat. Andererseits ist die Grösse der Lagerreibung, die sich einer Schwenkung des Lenkers widersetzt, bei dem beschriebenen bekannten Schnappschalter von Herstellungstoleranzen, zufälligen Verschiebungen des Lenkers längs seiner Achse sowie von im Laufe der Zeit möglicherweise auftretender Lagerkorrosion abhängig und lässt sich deshalb bei der Justierung des Schnappschalters nicht über eine längere Zeitspanne im Voraus zutreffend berücksichtigen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schnappschalter der eingangs beschriebenen Gattung mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln derart zu gestalten, dass die bei der ursprünglichen Justierung eingestellte Grösse der zum Umschalten erforderlichen kritischen Eingangskraft über praktisch#unbe- grenzte Zeit mit hoher Genauigkeit erhalten bleibt. Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Vorspannfeder eine Blattfeder ist, die einerseits am Lenker und andererseits an einem Hebel befestigt ist, der in der Nähe des Federträgers in einem ortsfesten Lager gelagert ist und mittels des Einstellgliedes schwenkeinstellbar ist. Erfindungsgemäss dient also die bzw. jede Vorspannfeder zugleich als Lagerung für den Lenker, wodurch dieser von äusserer Lagerreibung freigehalten wird. Die innere Reibung innerhalb einer Blattfeder der hier interessierenden Art und Grösse ist vernachlässigbar gering. Dadurch, dass die bzw. jede Vorspannfeder am Lenker einerseits und an dem erfindungsgemässen Hebel andererseits befestigt ist, um Biegemomente vom Hebel auf den Lenker übertragen zu können, ist eine Verschiebung zwischen der Vorspannfeder und den Bauteilen, zwischen denen sie eingespannt ist, im Betrieb ausgeschlossen, so dass von der ursprünglich eingestellten Vorspannung nachträglich nichts verlorengehen kann. Verluste an Federspannung durch Ermüdung lassen sich durch geeignete Bemessung der Vorspannfeder bei dem erfindungsgemässen Schnappschalter mindestens ebenso gut ausschliessen wie bei bekannten gattungsgemässen Schnappschaltern. Somit wird durch die Erfindung ein Schnappschalter geschaffen, der seine ursprüngliche Einstellung erheblich genauer und auch bei Fertigung in grossen Serien erheblich zuverlässiger einhält als bekannte gattungsgemässe Schnappschalter. Der erfindungsgemässe Schnappschalter ist auch gegen Korrosion weitgehend unempfindlich, weil seine Arbeitsgenauigkeit von Lagerreibung unbeeinflusst ist. Die Reibung in der Lagerung des Hebels ist für die Arbeitsgenauigkeit des Schnappschalters ohne Bedeutung, da sie nur beim Justieren auftritt und der Hebel später nicht mehr bewegt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ohne Bedeutung, wie das Einstellglied gestaltet ist. So könnte als Einstellglied beispielsweise ein drehbarer Nocken oder ein Keilschieber verwendet werden. Vorzuziehen ist jedoch imr##l'g"diri#e#nen aus Gründen der fertigungstechnischen Einfachheit ein Einstellglied in Form einer Schraube, wie sie als Bauelement, wenngleich in anderer Anordnung, auch bei dem beschriebenen bekannten Schnappschalter vorgesehen ist. Mit der Angabe, dass der Schnappschalter mindestens eine Vorspannfeder aufweist, ist eingangs schon angedeutet worden, dass es vorteilhaft sein kann, wenn mehr als eine Vorspannfeder vorgesehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Lenker und Einstellhebel miteinander durch ein Paar Blattfedern verbunden, die beiderseits der Schnappfeder angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders genaue und gegen Querkräfte besonders widerstandsfähige Lagerung des Lenkers. Diese Ausführungsform ist vorzugsweise dadurch weitergebildet, dass die Blattfedern mit Flanschen verschweisst sind, die seitlich von dem im Querschnitt U-förmigen Lenker und dem entsprechend gestalteten Hebel wegragen, und dass die Schnappfeder innerhalb dieser U-förmigen Querschnitte angeordnet ist. Wenn der Lenker in bekannter Weise aus Blech ausgestanzt wird, lässt sich der erfindungsgemässe Schnappschalter gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch herstellen, dass der Lenker mit dem Hebel über eine Brücke zusammenhängend ausgestanzt wird, sodann die Blattfeder oder Blattfedern mit Lenker und Hebel verschweisst werden und erst danach die Brücke beseitigt wird. Dadurch wird der im Stanzwerkzeug festgelegte Abstand zwischen Lenker und Hebel unverändert aufrechterhalten, und dieser Abstand bestimmt auch die Biegecharakteristik der Blattfeder oder Blattfedern, wobei es auf eine besonders genaue Anordnung der Schweissverbindungen zwischen jeder Blattfeder und dem Lenker einerseits sowie dem Hebel andererseits nicht ankommt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig. 1 die Draufsicht eines erfindungsgemässen Schnappschalters, Fig.2 den Schnitt II-II in Fig.1, wobei der mit einer geringen Vorspannkraft justierte Schnappschalter in einer ersten Schaltstellung dargestellt ist, Fig.3 einen der Fig.2 entsprechenden Schnitt des Schnappschalters bei gleicher Justierung, jedoch in seiner zweiten Schaltstellung, Fig.4 einer Fig.2 entsprechenden Schnitt desselben Schnappschalters, der ebenfalls in seiner ersten Schalt stellung dargestellt, hier jedoch mit grösstmöglicher Vorspannung justiert ist, Fig.5 den mit grösstmöglicher Vorspannung justierten Schnappschalter in seiner zweiten Schaltstellung, Fig.6 den Schnitt VI-VI in Fig.1, Fig.7 den Schnitt Vil-Vil in Fig.1 und Fig.8 den Schnitt Vill-Vill in Fig.1. In den Zeichnungen sind Teile eines Gehäuses 2 dargestellt, das aus elektrisch isolierendem Kunststoff besteht und einen Boden 4 sowie eine Aussenwand 6 aufweist. In das Gehäuse 2 ist ein Schnappschalter 10 eingebaut. Zu den elektrisch leitenden Bauteilen des Schnappschalters 10 gehört eine Schnappfeder 12 in Gestalt einer rechteckigen Blattfeder mit zwei parallelen Längsschlitzen 14, die ein Paar äusserer Schenkel 16 derart begrenzen, dass sie 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 durch eine Unterbrechung 20 voneinander getrennt sind. Die beiden Längsschlitze 14 werden durch die Unterbrechung etwa in ihrer Mitte miteinander verbunden, so dass sich insgesamt eine H-förmige Aussparung ergibt. Die beiden durch die Unterbrechung 20 voneinander getrennten mittleren Schenkel 18 der Schnappfeder 12 sind zwischen einer Deckplatte 22 und einem Federträger 24, die beide aus Metall bestehen, eingespannt und mit ihnen derart verschweisst, dass die Gesamtlänge der beiden mittleren Schenkel 18 und des die Unterbrechung 20 überbrückenden Abschnittes der Deckplatte 22 sowie 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.2 und 4) oder einen in bezug auf die beiden äusseren Schenkel 16 nach oben gewölbten Bogen (Fig.3 u.5). Die am Federträger 24 befestigte Schnappfeder 12 ist somit bistabil; sie kann nur unter Einwirkung einer äusseren Kraft zwischen einer ersten Schaltstellung (Fig.2 und 4) und einer zweiten Schaltstellung (Fig.3 und 5) 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 gegen über 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 12 ihre erste, in den Zeichnungen obere Schaltstellung gemäss Fig.2 und 4 einnimmt, wohingegen die Lötfahnen 26 und 40 miteinander verbunden sind, wenn die Schnappfeder 12 ihre zweite, in den Zeichnungen untere Schaltstellung gemäss Fig.3 und 5 einnimmt Die hier dargestellte Schnappfeder 12 entspricht. derjenigen gemäss der Patentanmeldung P 28 19 795.7; darin sind auch weitere Beispiele von Schnappfedern dargestellt, die neben weiteren, vorbekannten Schnappfedern für den vorliegenden Schnappschalter 10 geeignet sind. Beiderseits des Federträgers 24 ist je ein Lagerbock 42 angeordnet, der mit dem Gehäuse 2 einstückig ausgebildet ist und eine Gelenkpfanne 44 aufweist. Die Gelenkpfannai44 nehmen zwei Gelenkköpfe 46 auf, die an je einem hakenartigen Teil 48 eines Hebels 50 ausgebildet sind. Der Hebel 50 ist infolgedessen um eine ortsfeste Achse A schwenkbar, die sich durch die Mittelpunkte der beiden Gelenkpfannen 44 erstreckt. Der Hebel 50 umgreift mit seinen beiden hakenartigen Teilen 48 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. Im Bereich zwischen seinen hakenartigen Teilen 48 und dem Einstellglied 52 hat der Hebel 50 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 Vorspannfedern verschweisst, die als Blattfedern 56 ausgebildet sind und 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. Die Achse A ist zugleich Quermittellinie der Schnappfeder 12. 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 60 selbst ragt in eine Aussparung 66 des Gehäuses 2 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 schliesslich ein kegelförmiger Angriffspunkt 68 für einen Arm 70 eines Betätigungsgliedes 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.2 und 4). Wenn jedoch der Arm 70 auf den Angriffspunkt 68 eine in den Zeichnungen nach unten gerichtete Kraft P ausübt, die einen bestimmten, der Vorspannung entsprechenden Betrag überschreitet, dann drückt diese Kraft P den Lenker 60 in seine untere Anschlagstellung (Fig.3 und 5), und auf dem Weg dorthin springt die Schnappfeder 12 schlagartig um, so dass deren Schaltkontakt 32, der ursprünglich am oberen ortsfesten Kontakt 28 angelegen hat, sich schlagartig von diesem löst und an den unteren ortsfesten Kontakt 30 anlegt.

Claims: Patentansprüche 1. Schnappschalter mit - einer Schnappfeder, die an einem Federträger befestigt ist und in einem Abstand von diesem mindestens einen Schaltkontakt trägt, - mindestens einem in bezug auf den Federträger ortsfesten Kon-takt, an dem der Schaltkontakt in einer Schaltstellung der Schnappfeder anliegt, - einem Lenker, der in der Nähe des Federträgers schwenkbar gelagert ist und in einem Abstand von seiner Lagerung sowie vom Schaltkontakt mit der Schnappfeder verbunden ist und einen Angriffspunkt für eine Betätigungskraft aufweist, - mindestens einer Vorspannfeder, die auf den Lenker einwirkt und bestrebt ist, diesen mit Vorspannung in einer Anschlagstellung zu halten, - und einem Einstellglied, mit dem sich die Vorspannung der Feder einstellen lässt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Vorspannfeder eine Blattfeder (56) ist, die einerseits am Lenker (60) und andererseits an einem Hebel (50) befestigt ist, der in der Nähe des Federträgers (24) in einem ortsfesten Lager (44) gelagert ist und mittels des Einstellgliedes (52) schwenkeinstellbar ist. 2. Schnappschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Lenker (60) und Hebel (50) miteinander durch ein Paar Blattfedern (56) verbunden sind, die beiderseits der Schnappfeder (12) angeordnet sind. 3. Schnappschalter nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Blattfedern (56) mit Flanschen (54,58) verschweisst sind, die seitlich von dem im Querschnitt U-förmigen Lenker (60) und dem entsprechend gestalteten Hebel (50) wegragen, und dass die Schnappfeder (12) innerhalb dieser U-förmigen Querschnitte angeordnet ist. 4. Verfahren zum Herstellen eines Schnappschalters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Lenker aus Blech ausgestanzt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Lenker (60) mit dem Hebel (50) über eine Brücke zusammenhängend ausgestanzt wird, sodann die Blattfeder oder Blattfedern (56) mit Lenker (60) und Hebel (50) verschweisst werden und erst danach die Brücke beseitigt wird.

Inventors: BAADER, HELMUT, DR. DIPL.-PHYS.
Applicants: ELEKTROMANUFAKTUR ZANGENSTEIN  HANAUER GMBH & CO
Application year: 1980
Main classification: H01H5
IPC codes: H01H11, H01H5