SEIDL JOACHIM (DE)
PURI WERNER (DE)
SEIDL JOACHIM (DE)
DE4447176A1 | 1996-07-04 | |||
US2547765A | 1951-04-03 | |||
EP0110094A1 | 1984-06-13 |
Patentansprüche
1. Stößel (10, 11) zur Betätigung eines Schaltelements (1), wobei der Stößel (10, 11) mindestens einen Anschlag (4) zur Vorspannung entgegen der Betätigungsrichtung mittels mindestens eines elastischen Elements (5, 12) aufweist, da du r c h g e ke nn z e i c hn e t , dass der Stößel (10,
11) einen Innenraum zur zumindest teilweisen Aufnahme des elastischen Elements (5, 12) aufweist.
2. Stößel (10, 11) nach Anspruch 1, wobei der Stößel (10, 11) einen Betätigungsbereich (3) zur mechanischen Betätigung, insbesondere durch einen Antriebskopf (9, 14) , vorgesehen ist.
3. Stößel (10, 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elastische Element (5, 12) eine Feder, eine Membran oder ein komprimierbarer Körper ist.
4. Stößel (10, 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stößel (10, 11) insbesondere mittels mindestens einem Halteelement zur Klemmung eines elastischen Elements (5,
12) während der Installation des Stößels (10, 11) vorgesehen ist .
5. Stößel (10, 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stößel (10, 11) zum Halten, Abschirmen und/oder Schützen des elastischen Elementes (5, 12) vorgesehen ist.
6. Stößel (10, 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stößel (10, 11) zumindest teilweise aus Metall und/oder Kunststoff besteht.
7. Stößel (10, 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stößel (10, 11) mindestens einen elastischen Bereich (6) zur vorübergehenden Verformung zur Installation des Stößels (10, 11) aufweist.
8. Stößel (10, 11) nach Anspruch 7, wobei der elastische Bereich (6) zum Einrasten und/oder Einschnappen des Stößels (10, 11) vorgesehen ist.
9. Schalter, insbesondere Positions- oder Sicherheitsschalter, mit mindestens einem Schaltelement (1) und mindestens einem das Schaltelement (1) betätigenden Stößel (10, 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Schalter nach Anspruch 9, wobei der Schalter einen Antriebsmechanismus, insbesondere einen Antriebskopf (9, 14) zur Betätigung des Stößels (10, 11) aufweist.
11. Schaltgerät, wobei das Schaltgerät einen Schalter nach einem der Ansprüche 9 oder 10 aufweist. |
Beschreibung
Stößel zur Betätigung eines Schaltelements
Die Erfindung betrifft einen Stößel zur Betätigung eines Schaltelements, wobei der Stößel mindestens einen Anschlag zur Vorspannung entgegen der Betätigungsrichtung mittels mindestens eines elastischen Elements aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Schalter, insbesondere Positions- oder Sicherheitsschalter, mit mindestens einem Schaltelement und mindestens einem das Schaltelement betätigenden Stößel der eingangs genannten Art .
Ein derartiger Stößel bzw. Schalter kommt in elektromechani- sehen Schaltgeräten zum Einsatz. Beispielhaft sei die Verwendung in Positionsschaltern oder Sicherheitsschaltern genannt.
Die elektromechanischen Schaltgeräte dienen unter anderem zur überwachung von Schutzeinrichtungen, wie beispielsweise Si- cherheitstüren oder Schutzgitter, oder auch zur überwachung der Bewegung von Maschinenteilen. Grundsätzlich sind derartige Schalter bzw. darin enthaltene Stößel überall dort verwendbar, wo ein oder mehrere Schaltelemente durch eine Betätigungsbewegung, durch beispielsweise einen Antrieb oder eine betätigende Kraft auszulösen ist. Als mögliche Anwendungsgebiete seien Sicherheitstechnik, Automatisierungstechnik, Gebäude- und Hausgerätetechnik genannt . Denkbar ist weiterhin der Einsatz in Fahrzeugen, Flugzeugen oder Schiffen.
Im Wesentlichen bestehen derartige Schalter, insbesondere Po- sitions- und Sicherheitsschalter, aus einem Schaltergehäuse mit einem daran angebrachten, und auch als Antrieb bezeichneten, Betätiger. Dieser Betätiger ist zumindest teilweise, beispielsweise als Stößel oder Rollenstößel ausgebildet und wird zur mechanischen Betätigung eines in Wirkverbindung stehendes Schaltglieds oder Schaltelements benutzt .
Bei Positions- und Sicherheitsschaltern wird das Schaltergehäuse zum Schutz gegen Umwelteinflüsse verwendet. Gleichzeitig bietet das Gehäuse die Montagefläche für den Antrieb bzw. den Antriebskopf. Eine mechanische Verbindung zwischen An- triebskopf und Schaltelement wird durch einen Stößel realisiert, welcher im Gehäuse meist axial verschiebbar gelagert ist zwei Endlagen aufweist. Eine erste Endlage ist eine Ausgangslage oder auch Grundstellung. Eine zweite Endlage ist die maximal benötigte Endlage.
Stößel sind in der Regel entweder aus Kunststoff gespritzt, aus Metall gedreht oder gefräst, oder aus einem anderweitigen Material gefertigt.
Positionsschalter werden in der Regel mit mehreren Rückstell- kräften, meist in Form von Federn, betrieben. üblich sind Rückstellfedern im Antriebskopf des Positionsschalters, die beispielsweise einen Schwenkhebel nach der Betätigung wieder in die unbetätigte Position zurückbewegen. Weiter ist eine den Stößel rücktreibende Feder allgemein bekannt, die den
Stößel zurücktreibt und letztlich auch auf Bauteile des Antriebskopfes wirkt. Eine zusätzliche Rückstellungskraft wird durch eine Rückdruckfeder erreicht, die auf einen Schieber des Schaltelements wirkt, wird durch eine Rückdruckfeder des Stößels verursacht. Die zuvor genannten drei Rückstellungs- kräfte (gegebenenfalls auch mehr) summieren sich und wirken einer Betätigungsbewegung entgegen. Der teilweise in einer Rückdruckfeder angebrachte Stößel limitiert aufgrund der technischen Umstände die Rückdruckkraft, und da auch bei Schaltelementrückdruckfedern diese bauartbedingt klein ist, ist ein Verzicht auf die Rückstellfeder im Antriebskopf nicht möglich. Zudem wirkt sich die KraftUmsetzung im Antriebskopf weiter nachteilig aus.
Des Weiteren erweist sich die Positionierung der Rückdruckfeder um den Stößel herum als problematisch, da zur Montage des Antriebskopfes diese aus dem Antriebskopf herausspringen kann. Weiter besteht die Gefahr, dass die Antriebskopfrück-
druckfeder mit Dichtungsanordnungen kollidiert, die dafür gedacht sind, den Schalter vor Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, zu schützen, und diese zu beschädigen oder sogar zu zerstören. Zu diesen Dichtungsanordnungen zählen bei- spielsweise so genannte Membranen.
Aus Siemens Technische Informationen LVlT 2006 ist ein Posi- tions- oder Sicherheitsschalter bekannt (MLFB 3SE3120-1D) , der zusätzlich zur Schaltelementrückdruckfeder eine Antriebs- köpfrückdruckfeder aufweist, die um den Stößel herum gelagert ist . Der vorgeschlagene Schalter weist die oben genannten Nachteile auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lehre anzugeben, die zu einem kompakteren und benutzerfreundlicheren Schalter führt.
Diese Aufgabe wird bei einem Stößel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Stößel einen Innenraum zur zu- mindest teilweisen Aufnahme des elastischen Elements aufweist. Die Aufgabe wird weiter bei einem Schalter, insbesondere Positions- oder Sicherheitsschalter, mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst .
Erfindungsgemäß weist der Stößel zur Betätigung eines Schaltelements mindestens einen Anschlag zur Vorspannung entgegen der Betätigungsrichtung auf. Die Vorspannung wird mittels mindestens eines elastischen Elementes erzielt. Der Anschlag ist dafür vorgesehen, eine Bewegung des Stößels über die Grundstellung des Stößels hinaus zu verhindern und die Kraftwirkung auf ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil zu übertragen. Sollte der Stößel im Antriebskopf gelagert sein, so kann der Anschlag zur Kraftübertragung auf ein oder mehrere Bauteile des Antriebskopfes vorgesehen sein. Erfindungsgemäß kann das elastische Element mit einer Vorrichtung zur Rückhaltung entweder im Antriebskopf oder im Gehäuse bzw. Gehäuseteil gekontert sein. Der Stößel weist einen Innenraum zur zumindest teilweisen Aufnahme des elastischen Elementes auf. Das elas-
tische Element wirkt auf den Stößel und auf die Vorrichtung zur Rückhaltung. Drückt das elastische Element den Stößel auf den Anschlag, so wirkt die Kraft des elastischen Elements auf das Gehäuse, das Gehäuseteil bzw. ein Bauteil des Antriebs- köpfes . Befindet sich der Stößel nicht in Grundstellung, so wirkt das elastische Element rückstellend auf den Stößel und auch auf die Betätigungsbewegung. Vorteilhaft ist, dass das Stößelvolumen für die Ergänzung einer Rückstellkraftwirkung verwendet wird, und somit innerhalb des Gehäuses platzsparend wirkt. Der so gewonnene Raum kann anderweitig genutzt werden. Beispielsweise ist der Einsatz eines innen liegenden elastischen Elementes und eines außen liegenden elastischen Elementes denkbar, wobei eine erhöhte Rückstellkraftwirkung erzielt wird. Hierbei wird gegebenenfalls eine zusätzliche Feder im Antriebskopf überflüssig, die bisher zur Federkrafterhöhung eingesetzt wurde. Der so gewonnene Raum kann für anderweitige elektrische und/oder mechanische Zwecke verwendet werden. Alternativ kann der Schalter kleiner ausgelegt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist ein Stößel, der einen
Betätigungsbereich zur mechanischen Betätigung, insbesondere durch einen Antriebskopf, aufweist. Der Einsatz des Stößels ist grundsätzlich auch ohne Antriebskopf möglich, wenn ein Objekt, beispielsweise eine Tür oder Klappe, direkt zur Betä- tigung verwendet werden können. Ist ein derartiger Einsatz nicht möglich bietet sich die Verwendung eines Antriebskopfes an. Hierbei sind eine oder mehrere Betätigungsbereiche am Stößel denkbar, oder auch Betätigungsbereiche die entsprechend den Kraftwirkungen eines Antriebskopfes oder einem an- deren betätigenden Mechanismus angepasst sind. Dies kann sich auf die Form und/oder das Material des Betätigungsbereiches auswirken. So ist beispielsweise ein abgerundeter Betätigungsbereich von Vorteil, wenn der Stößel in Verbindung mit verschiedenen Antriebsköpfen, die insbesondere unterschiedli- che Wirkungsrichtungen aufweisen, verwendet werden soll.
Denkbar sind auch glatte Flächen, die senkrecht zur Betätigungsrichtung ausgerichtet sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform weist ein elastisches Element auf, welches als Feder, als Membran oder als komprimierbarer Körper ausgeführt ist. Hier kann auf die jeweilige Anwendung Rücksicht genommen werden, bei welchem auf die jewei- lige Rückstellungskraft abgestellt wird. Als vorteilhaft erweist sich zudem, wenn das elastische Element im Gehäuse oder am Gehäuseteil verschnappt oder eingeschlossen werden kann. In diesem Fall ist es gegen ein Herausfallen bei der Montage oder dem Auswechseln eines Antriebskopfes gesichert .
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Stößel zum Halten, Abschirmen und/oder Schützen des elastischen Elementes vorgesehen. Insbesondere dadurch, dass der Stößel das elastische Element beispielsweise vollkommen abschirmt, ist es möglich, dass das elastische Element gegen Umwelteinflüsse optimal geschützt ist. So ist beispielsweise eine Feder aus Metall gegen Korrosion schützbar. Des Weiteren kann der Stößel zum Führen des elastischen Elementes vorgesehen sein. Dadurch wird nicht nur das elastische Element, sondern auch an- dere Bauteile vor dem elastischen Element, beispielsweise im Sinne einer Kollision, geschützt.
Vorteilhafterweise ist der Stößel zumindest teilweise aus Metall und/oder Kunststoff ausführbar. Hierbei kann wieder auf die jeweilige Anwendung abgestellt werden, so ist beispielsweise in einer korrosionsanfälligen Anwendung der Kunststoff als relevantes Material zu wählen, wohingegen das Metall evtl. bei sehr heißen Einsatzorten vorteilhafter ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Stößel, insbesondere mittels Halteelementen, zur Klemmung des elastischen Elements während der Installation des Stößels vorgesehen. Insbesondere in Verbindung mit einem elastischen Bereich, der zur vorübergehenden Verformung während der Instal- lation des Stößels vorgesehen ist, kann eine Installation des Stößels inklusive des elastischen Elements von außerhalb des Gehäuses, das heißt ohne das Gehäuse deinstallieren zu müssen, stattfinden. Der elastische Bereich wird dahingehend
verformt, dass der Stößel inklusive elastischem Element in das Gehäuse bzw. die führenden Elemente des Gehäuses einführ- bar ist. Durch eine anschließende Verschnappung wird die Beanspruchung des elastischen Bereichs gemindert und ein Her- ausfallen des Stößels entgegen der Installationsrichtung verhindert. Eine Deinstallation des Stößels kann durch eine ähnlich einfache bzw. benutzerfreundliche Weise erreicht werden. So kann, beispielsweise durch Finger oder ein entsprechendes Werkzeug des Monteurs, der oder die elastischen Bereiche des Stößels beansprucht werden, so dass die Verschnappung des Stößels durch die Beanspruchung des elastischen Bereiches rückgängig gemacht wird. In diesem Zustand ist der Stößel ohne Weiteres aus dem Gehäuse entfernbar.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Stößel zur Klemmung des elastischen Elements Halteelemente auf, die zur Klemmung des elastischen Elements vorgesehen sind und dafür Sorge tragen, dass während der Deinstallation bzw. Installation des Stößels das elastische Element im Innenraum ver- bleibt, oder sogar komprimiert im Innenraum verbleibt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert .
Es zeigen:
FIG 1 eine geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungs- beispiels eines Stößels im installierten Zustand,
FIG 2 eine dreidimensionale Ansicht des Stößels aus FIG 1,
FIG 3 eine dreidimensionale Ansicht eines Stößels eines zweiten Ausführungsbeispiels,
FIG 4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Positi- onsschalters mit Antriebskopf,
FIG 5 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Positionsschalters mit Antriebskopf,
FIG 6 eine geschnittene Ansicht des Stößels des ersten Ausführungsbeispiels in einem ersten Montageschritt, und
FIG 7 eine geschnittene Ansicht des Stößels des ersten Ausführungsbeispiels in einem zweiten Montageschritt .
FIG 1 zeigt eine geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Stößels 10 im installierten Zustand. Der gezeigte Stößel 10 enthält ein elastisches Element 5, welches als Druckfeder ausgeführt ist, und weist weiter einen Betätigungsbereich 3 zur Betätigung des Stößels 10 durch einen nicht gezeigten Antriebskopf und Wirkflächen 2 zur Betätigung einer Schalteinheit oder eines Schaltelements 1 durch den Stößel 10. Die Betätigungsrichtung des Stößels 10 ist von o- ben nach unten gerichtet. Das elastische Element 5 greift sowohl an der Vorrichtung 8 zur Rückhaltung, als auch an einer Innenseite des Stößels 10 an. Der Stößel 10 befindet sich im unbetätigten Ausgangszustand (Grundstellung) . Dies bedeutet, dass die rückstellende Kraftwirkung des elastischen Elementes
5 von den Anschlägen 4 auf die Halterung 7 des Gehäuses geleitet wird. Bei Betätigung des Stößels 10 mittels des Betätigungbereich 3 wird das elastische Element 5 beansprucht und die rückstellende Kraftwirkung wird auf das betätigende EIe- ment (nicht gezeigt) über den Betätigungsbereich 3 übertragen. Gleichzeitig bewegt sich der Stößel 10 bei Betätigung in das Gehäuseinnere, wobei dieser durch die Halterung 7 des Gehäuses geführt wird.
Vorteilhafterweise wird das elastische Element 5 von der Innenseite des Stößels 10 geführt und durch den Stößel 10 nach außen hin abgeschirmt .
Es ist ebenfalls möglich, dass das elastische Element 5 nur teilweise innerhalb des Stößels 10 angeordnet ist. Dies ist dann von Vorteil, wenn für das Management der Rückstellkräfte eine besonders lange Druckfeder als elastisches Element 5 vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Vorrichtung 8 zur
Rückhaltung des elastischen Elements 5 in der PIG 1 weiter innerhalb des Gehäuses anzubringen.
FIG 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Stößels 10 des ersten Ausführungsbeispiels. Der bereits in FIG 1 erwähnte
Betätigungsbereich 3 ist als im Wesentlichen halbkugelförmige Fläche ausgeführt . Hier sind auch andere Formgebungen denkbar und eventuell sinnvoll. So sind beispielsweise abgeflachte, teilweise gerundete oder Halteelemente aufweisende Betäti- gungsbereiche denkbar.
Wie man aus FIG 2 ersehen kann, ist der Stößel 10 zur teil- weisen Aufnahme eines elastischen Elementes 5 vorgesehen, da sich das elastische Element 5 bis in die Nähe der Anschläge 4 erstreckt. Die Anschläge 4 befinden sich am Ende der elastischen Bereiche 6, die hakenähnlich ausgeführt sind. Die Anzahl der elastischen Bereiche 6 bzw. der Anschläge 4 ist variierbar. Es sind jeweils zwei gezeigt, es können jedoch in Abhängigkeit von der zu erzielenden Verschnappungsfähigkeit oder Haltefähigkeit mehrere elastische Bereiche 6 bzw. mehrere Anschläge 4 vorgesehen sein. Hierbei ist auch die Hakenform nicht obligatorisch.
FIG 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Stößels eines zweiten Ausführungsbeispiels. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die elastischen Bereiche 6 substantiell mehr Material auf und verursachen eine stärkere Haltung durch Verschnap- pung. Ebenso verhindert eine größere Fläche der Anschläge 4
ein ungewolltes Entfernen des Stößels aus dem Gehäuse bzw. Gehäuseteil nachhaltiger als im ersten Ausführungsbeispiel.
FIG 4 zeigt eine teilweise geschnittene dreidimensionale An- sieht eines Positionsschalters mit Antriebskopf 9. Der Antriebskopf 9 ist zur Betätigung des Stößels 11 vorgesehen, der das elastische Element 12 enthält, führt und auf dasselbe die Betätigungskraft weiterleitet . Das elastische Element 12 ist mit einer Vorrichtung 13 zur Rückhaltung des elastischen Elements 12 gekontert. Die Vorrichtung 13 ist somit ein angeformtes Bestandteil des Gehäuses 15 des Positionsschalters, welches zur Aufnahme eines Schaltelements 1 vorgesehen ist. Zudem ist der Stößel 11 mit einer Hinterschneidung ausgeführt . Die Hinterschneidung des Stößels 11 verhindert eine lokale Kollision mit der Vorrichtung 13 zur Rückhaltung beim Installationsprozess .
FIG 5 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines Positionsschalters mit einem Antriebskopf 14. Die Ausführungen zu FIG 4 gelten entsprechend. FIG 5 verdeutlicht, dass der Stößel 11 durch weitere Antriebsköpfe, beispielsweise durch den gezeigten Antriebskopf 14, betrieben werden kann. Der Antriebskopf 14 steht in einem direkten Wirkzusammenhang mit dem Schaltelement 1. Diese Kraftwirkung wird vom Stößel 11 formschlüssig auf das Schaltelement 1 übertragen.
Der Antriebskopf 14 wird sinnvollerweise bei im Wesentlichen entlang der Stößelrichtung gerichteten Kraftwirkungen eingesetzt .
Das Schaltelement kann mehrere Schalteinheiten aufweisen, beispielsweise öffnerkontakt basierte Schalteinheiten.
FIG 6 zeigt eine geschnittene Ansicht des Stößels 10 des ers- ten Ausführungsbeispiels in einem ersten Montageschritt. Der Stößel 10 befindet sich außerhalb der Halterung 7 des Gehäuses. Der Stößel 10 beherbergt das komprimierte, elastische Element 5, welches durch eine elastische Verbiegung der elas-
tischen Bereiche 6 in komprimierter Stellung gehalten wird. Die Beanspruchung der elastischen Bereiche 6 wird durch eine äußere Krafteinwirkung durch den Monteur verursacht und ist in FIG 6 durch die gezeigten Pfeile angedeutet . Die Wirkflä- chen 2 sind somit einander angenähert und erlauben aufgrund der geringeren Ausdehnung des Stößels 10 das Einführen desselben in die Halterung 7.
Beim Einrastvorgang verrasten die unteren Enden des elasti- sehen Bereiches 6 unter der Halterung 7 in der Art, dass die Anschläge 4 unterhalb der Halterung 7 angreifen. Während des Vorganges entspannt sich das komprimierte, elastische Element 5 dahingehend, dass es am Stößel 10, aber auch an der Vorrichtung 8 zur Rückhaltung des elastischen Elements 5 an- greift.
FIG 7 zeigt eine geschnittene Ansicht des Stößels 10 des ersten Ausführungsbeispiels in einem zweiten Montageschritt. In diesem Montageschritt ist der Stößel 10 an seinen elastischen Bereichen 6 sowie das elastische Element 5 in Anspruch genommen und bereits teilweise in die Halterung 7 eingeführt . In diesem Montageschritt ist das Einwirken des Monteurs auf die elastischen Bereiche 6 nicht mehr notwendig, da die Halterung 7 bereits in der Lage ist, die elastischen Bereiche 6 in der beanspruchten Position zu belassen. Somit verbleibt auch das elastische Element 5 im komprimierten Zustand. Durch weiteres Einführen des Stößels 10 erreicht der Stößel 10 die Position der Verschnappung. Hierbei lässt die Beanspruchung der elastischen Bereiche 6 nach und das elastische Element 5 expan- diert bis zur Vorrichtung 13 zur Rückhaltung des elastischen
Elements 5.
Nach Verschnappung befindet sich der Stößel 10 in der Ausgangsstellung, wie aus FIG 1 bekannt. In der dort gezeigten Stellung ist der Stößel 10 operabel.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Stößel zur Betätigung eines Schaltelements, insbesondere zur Verwendung in
einem Positions- oder Sicherheitsschalter, wobei der Stößel mindestens einen Anschlag zur Vorspannung mittels mindestens eines elastischen Elements aufweist. Bisher führte der Einsatz eines derartigen Stößels innerhalb eines Schalters zu einem hohen Aufwand an Bauraum innerhalb des Schalters . Der erfindungsgemäße Stößel weist einen Innenraum zur zumindest teilweisen Aufnahme des elastischen Elements auf, womit der Bauraum um den Stößel herum für andere Bauteile frei wird. Zudem ergibt sich dadurch eine einfachere Montage und ein vorteilhafter Schutz des elastischen Elements.