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Stufenlos betätigbarer Drehschalter
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Arm kann zwischen den beiden Stirnwänden des Schaltergehäuses mit nur sehr geringem Spiel drehbar ge- lagert sein, so dass der Schalter gemäss der Erfindung eine wesentlich geringere axiale Baulänge aufweist als der vorbekannte Schalter. Die Verstellbarkeit des Kontaktgabepunktes des Schalters wird bei dem
Schalter nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die jeweils zusammengehörenden Kontaktbahnen relativ zueinander drehbar angeordnet sind, so dass die charakteristischen oder elektrisch wirksamen Schaltab- schnitte oder Kontaktgabestellen der beiden Bahnen in beliebig veränderbare gegenseitige Winkelstellun- gen gebracht werden können.
Eine sehr raumsparende Anordnung ergibt sich, wenn man die relativ zueinander drehbaren Kontakt- bahnen konzentrisch zueinander an einerStirnwand, vorzugsweise der vorderen Wand des Schaltergehäuses, lagert. Die Reibungskupplung ist zweckmässigerweise so eingestellt, dass eine relative Drehbewegung zwi- schen den beiden Kontaktbahnen nur bei Überwindung einer vorbestimmten Hemmkraft möglich ist. Da- durch wird eine besondere Verriegelungseinrichtung zum Festhalten der eingestellten Lage entbehrlich.
Zwar kann man die Reibungskupplung durch eine Feststelleinrichtung ersetzen. Die Anordnung einer Rei- bungskupplung weist jedoch demgegenüber Vorteile auf. So ist die Reibungskupplung ohne die Notwendig- keit besonderer Aufmerksamkeit durch die Bedienungsperson in jeder Stellung selbsttätig wirksam. Ein weiterer Vorteil besteht unter anderem darin, dass man die Reibungskupplung so ausbilden kann, dass über diese Kupplung zugleich die elektrische Kontaktgabe zwischen einem gehäusefestenSchleifring und einem mit der drehbaren Kontaktbahn verbundenen Schleifring erfolgen kann. Zu diesem Zweck kann als Kupp- lungselement eine zwischen den beiden Kontaktbahnen oder zwischen den die Kontaktbahnen tragenden
Teilen vorgespannte Feder, z. B. eine Wellfeder oder eine Tellerfeder, dienen.
Es ist zwar schon eine elektrisch betriebene Zeitschaltuhr bekannt, bei der eine Zeigerwelle einen starr mit ihr verbundenen elektrisch leitenden Kontaktarm trägt, der ständig mit einem Pol einer elektri- schen Batterie verbunden ist, und bei der Drehung der Zeigerwelle nacheinander mit jeweils einem Kon- taktelement von zwei an der Rückfront des Uhrengehäuses konzentrisch angeordneten Stellringen in Kontakt kommt und dabei über an den Stellringen anliegende Schleifkontakte erst einen Einschalt-und dann einen
Ausschaltimpuls an eine elektromagnetische Servoeinrichtung zum Ein- und Ausschalten eines Gerätes überträgt. Die beiden Einstellringe sind getrennt in ihrer Winkelstellung gegenüber dem Kontaktarm ein- stellbar, um die Einschalt-und die Ausschaltzeit des von der Zeitschaltuhr geschalteten Gerätes vorwäh- len zu können.
Bei dieser bekannten Anordnung wird jedoch nicht wie bei der Erfindung eine elektrische Überbrückung zwischen demKontaktelement des einen Einstellringes und dem bei der Erfindung als elek- trische Sammelschiene dienenden zweiten Einstellringes bewirkt ; ausserdem ist bei der bekannten Anord- nung der Kontaktarm selbst anders als bei der Erfindung grundsätzlich stromführend, und wegen des kom- plizierten Strompfades über die Servoeinrichtung kommt es auf die Einhaltung genauer Kontaktzeiten und elektrischer Übergangsverhältnisse am Kontakt nicht wie bei der Erfindung an.
Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung wird eine sehr gedrungene Bauweise für den Drehschalter erhalten, der besonders einfach zu bedienen und-dank der Reibungskupplung - einzustellen ist. Die
Schaltgenauigkeit lässt sich noch wesentlich erhöhen, wenn der mit dem Drehknopf verbundene und die drehbare Kontaktbahn tragende Wandabschnitt eine Scheibe trägt, deren Durchmesser nur wenig kleiner als der Durchmesser des Schaltergehäuses ist, und wenn dieKontaktstellen der drehbarenKontaktbahn nahe der Umfangskante der Scheibe auf deren Stirnseite angeordnet sind.
Dadurch wird nahezu der maximale
Umfang des Schalters für die Anordnung der gegebenenfalls punktförmigen Kontaktstellen ausgenutzt und
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Hiebei weist der Kontaktarm vorteilhafterweise auf der der Scheibe zugewendeten Seite eine sich radial nach aussen und im Winkel zur Ebene des Kontaktarmes erstreckende Kontaktfeder auf. Um die Genauigkeit, die mit dieser Anordnung erreicht werden kann, auch voll ausnutzen zu können, kann am Drehknopf eine Stellungsmarkierung, beispielsweise in Winkelgraden, auf einem Teilkreis vorgesehen sein, dessen Durchmesser etwa dem Durchmesser der drehbaren Kontaktbahn entspricht.
Mit dem erfindungsgemäss ausgebildeten Drehschalter lässt sich ohne Untersetzungsgetriebe od. dgl. eine hohe Genauigkeit in der Auflösung der Kontaktgabestellen erreichen, die beispielsweise bei einem Schalter von nur 10 cm Durchmesser pro Kontaktstelle etwa nur einen Winkelgrad oder einen Millimeter betragen kann.
Der Drehschalter gemäss der Erfindung kann selbstverständlich auch mit mehreren Kontaktbahnen zur Schaltung von wenigstens zwei Stromkreisen versehen sein. In diesem Fall ist jeweils die eine von zusammengehörenden Kontaktbahnen gegenüber der andern Kontaktbahn drehbar angeordnet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigen die Fig. l und 2 ein Ausführungsbeispiel des Drehschalters ge-
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mäss der Erfindung in einem axialen Schnitt bzw. in der Ansicht in Achsrichtung, u. zw. geschnitten längs einer Schnittebene A - A in Fig. l, die Fig. 3 und 4 stellen ein zweites Ausführungsbeispiel im axialen Schnittbzw. inderDraufsichtdar, und Fig. 5 zeigt imLängsschnitt die eineHälfte einer gas-oder vakuum- dichten Ausführungsform.
Der Schalter gemäss den Fig. 1 und 2 enthält ein aus zwei Teilen, u. zw. der Rückwand 1 und der
Vorderwand 2 bestehendes Schaltergehäuse, das auf seiner Vorderseite drei oder mehr Ansätze 3 auf- weist, mit denen der Schalter z. B. an der Frontplatte 4 eines Schaltpultes befestigt werden kann.
In dem Schaltergehäuse ist eine Schaltwelle 5 drehbar gelagert. Bei dieser Welle 5 kann es sich beispielsweise um die Steuerwelle einer Steuereinrichtung, um die Zeigerwelle einer Industriewaage oder um die Welle eines Potentiometers handeln. Um einen besonders leichten Gang der Welle zu erzielen, ist diese in der Vorderwand des Gehäuses mit Hilfe eines Kugellagers 6 gelagert.
Das Schaltergehäuse bildet eine innere Kammer 7, in der ein Kontaktarm 8, der mit der Welle 5 drehfest verbunden ist, ungehindert kontinuierlich verdreht werden kann. Der Arm 8 besteht vorzugs- weise aus Metall und ist mit Hilfe einer Buchse 9 aus isolierendem Material gegenüber der Welle 5 elektrisch isoliert.
Die Vorderwand 2 des Schaltergehäuses trägt ringförmige Ausnehmungen oder Nuten 10 und 11 zur Aufnahme der Kontaktbahnen 12 und 13. Der Kontaktarm 8 trägt seinerseits Kontaktelemente, die mit den Kontaktbahnen 12 und 13 zusammenwirken. Im Ausführungsbeispiel sind die Kontaktele- mente 14 und 15 (s. Fig. 2) an Blattfedern 16 und 17 befestigt, die von geschlitzten, in die Nuten 10 und 11 ragendenStiften 20 und 21 desKontaktarmes 8 aufgenommenwerden. DieStifte 20 und21 sind in Bohrungen des Kontaktarmes 8 drehbar gelagert und in ihrer gewünschten Stellung, z. B. mit
Hilfe von Madenschrauben 22,23, feststellbar. Auf diese Weise kann die Vorspannung der Federn 16 und 17 und damit derKontaktdruck eingestellt werden, mit dem die Kontakte 14 und 15 an denKon- taktbahnen 12 und 13 anliegen.
Die Kontaktbahn 13 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als durchgehender Metallring ausgebildet, der mit einem nach aussen geführten Anschluss 25 verbunden ist. Die innere Kontaktbahn 12 besteht dagegen im dargestellten Beispiel über den grössten Teil ihrer Länge aus einem isolierenden Ma- terial. Lediglich an einer bestimmten Stelle ist in diese Bahn ein leitender Abschnitt 26 vorbestimm- ter Winkellage undvorbestimmterLängeeingelassen, der inelektrischemKontakt miteinerLagerhülse 27 steht.
Wie aus Fig. l ersichtlich, ist die Vorderwand 2 des Schaltergehäuses aus zwei konzentrischen Teilen 30 und 31 gebildet. Der äussere ringförmige Teil 30 ist fest mit der Rückwand 1 verbunden.
Der innere Wandteil 31 ist mit der Lagerhülse 27 aus Metall, z. B. durch Einpressen, fest verbunden. Beide Wandabschnitte 30 und 31 bestehen aus isolierendem Material. Die Lagerhülse 27 nimmt die drehbareKontaktbahn 12 auf und greift mit einer Schulter 28 über den ringförmigen äusseren Wand- teil 30, um die beiden Wandteile 30 und 31 in einer axialen Richtung gegeneinander festzulegen.
Die Lagerhülse 27 ragt aus dem Wandabschnitt 2 heraus, und ist auf ihrem mit Aussengewinde versehenen Ende fest mit einem Drehknopf 34 verbunden. Zu diesem Zweck weist der Drehknopf, in einer Nut eingelassen oder eingepresst, einen Ring 35 aus Metall mit Innengewinde auf, der mit der Lagerhülse 27 verschraubt ist. Zwischen der Aussenfläche der Vorderwand 2 des Schaltergehäuses und dem Drehknopf 34 ist ein Kupplungselement in Form einer Tellerfeder 36 angeordnet, u. zw. so, dass sie bei zusammengeschraubten Elementen eine solche Vorspannung aufweist, dass sie den Drehknopf und den äusseren Ringabschnitt 30 der Vorderwand 2 des Schaltergehäuses durch Reibungsschluss miteinander kuppelt.
In dieAussenfläche des Schaltergehäuses ist ein Schleifring 37 eingelassen, auf dem die Tellerfeder anliegt, die sich anderseits an dem Metallring 35 des Drehknopfes 34 abstützt. Der Schleifring 37 ist mit dem zweiten Anschluss 38 verbunden. Auf diese Weise besteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Schleifring 37, der Tellerfeder 36, dem Ring 35, der Lagerhülse 27 und dem Kontaktabschnitt 26 der inneren Kontaktbahn 12.
Das Wellenende 5 ist bis in den Drehknopf hinein verlängert und trägt einen Zeiger 40 bzw. eine entsprechende Skala, die mit einem entsprechenden Anzeigemittel am Drehknopf zusammenwirken, um die relative Lage zwischen der Winkelstellung der Welle 5 und der Winkelstellung des Kontaktabschnit- tes 26 anzuzeigen. Durch Verdrehen des Drehknopfes 34 kann die Winkellage des Kontaktabschnittes 26 der inneren Kontaktbahn 12 gegenüber dem festen Schaltergehäuse verändert werden. Die Kontaktgabe erfolgt dann, wenn das Kontaktelement 14 den Kontaktabschnitt 26 berührt, da die beidenKontaktelemente 14 und 15 durch den das Kurzschlussorgan bildenden Kontaktarm 8 kurzge-
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schlossen sind.
Selbstverständlich kann die Kontaktbahn 13 gegebenenfalls aus mehreren getrennten Kontaktabschnitten bestehen, und auch die Kontaktbahn 12 kann mehr als nur den einen Kontaktab-
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Jeder Kontaktabschnitt kann einen getrennten Anschluss tragen.i lierendem Material, an der ein Gehäusedeckel 102 aus z. B. dem gleichen Material befestigt ist. Die
Gehäusescheibe kann an der Wand 103 eines Steuerapparates od. dgl. befestigt werden. Zentral durch das Gehäuse ragt eine Schaltwelle 104, die durch einen Motor oder eine andere Einrichtung vorzugs- weise kontinuierlich angetrieben werden kann oder lediglich mit einer andern Einrichtung, z. B. einem
Potentiometer antriebsmässig gekuppelt ist. Auf der Welle 104 ist mit Hilfe einer isolierenden Buch- se 105 ein Kontaktarm 106 drehfest angeordnet.
Dieser trägt eine sich radial nach aussen erstrek- kende Kontaktfeder 107, die gegenüber der Ebene des Kontaktarmes geneigt ist und an ihrem Ende einen Kontaktstift 108 aufweist.
Der Kontaktarm 106 steht über tellerfederartige Kontaktelemente 109 mit einem Schleif- ring 110 in elektrischem Kontakt. Von diesem geht eine Lötöse 111 nach aussen, die zum Anschluss an eine Stromquelle oder an den zu schaltenden Stromkreis angeschlossen werden kann.
Die Welle 104 ist mittels eines Kugellagers 112 in einem Gehäuseteil 113 gelagert, der in eine Buchse 114 aus Messing oder einem andern elektrisch leitenden Metall fest eingesetzt ist. Die
Buchse 114 ist an einem Ende auf der Aussenseite bei 116 mehrfach abgestuft und trägt eine Schei- be 117 aus isolierendem Material. Nahe der äusseren Umfangskante der Scheibe 117 ist eine ring- förmige Kontaktbahn angeordnet, auf der wenigstens ein punktförmiger Kontakt 118 vorgesehen ist.
Die Kontakte 118 sind durch die Scheibe 117 bis auf deren Rückseite geführt, wo elektrische Be- läge 119, die z. B. aufgedruckt sein können, eine Verbindung zwischen den Punktkontakten 118 und der Buchse 114 herstellen.
Gegen einen Flansch der Buchse 114 legt sich die Gehäusescheibe 101, wobei diese und die
Buchse 114 mit den mit dieser verbundenen Teilen relativ zueinander drehbar sind. Die Gehäusescheibe trägt auf ihrer Aussenseite einen Schleifring 120, der mit einer nach aussen geführten Lötöse 121 fest verbunden ist.
Die Buchse 114 weist an ihrem freien Ende Aussengewinde auf, mit dem ein Gewindering 122 zusammenwirkt, der in den scheibenförmigen Einstellknopf 125 eingelassen ist. Der Gewindering 122 weist einen Flansch 123 auf, auf dessen Aussenseite eine ringförmige oder Tellerfeder 127 an- liegt, die beim Einschrauben des Gewinderinges 122 auf die Buchse 114 zwischen dem Flansch 123 mit dem Schleifring 120 auf eine solche Vorspannung eingespannt werden kann, dass durch die dadurch hervorgerufene Reibung die Drehbewegung des Drehknopfes 125 gegenüber der festen Gehäusescheibe 101 mit einer vorbestimmten, einstellbaren Kraft gehemmt wird, die bei Verstellung des Knopfes erst über- wunden werden muss.
Gleichzeitig dient die Tellerfeder 127 als elektrisches Verbindungselement zwischen dem ortsfesten
Schleifring 120 und den Kontakten 118 der drehbaren Kontaktbahn.
Auf den Einstellknopf 125 aufgebracht bzw. in diesen eingelassen ist eine Skala 130, deren Teil- striche 131 - wie ersichtlich - auf einem Teilkreis liegen, dessen Durchmesser etwa die gleiche Grö- sse wie der Durchmesser der Kontaktbahn der Kontakte 118 aufweist. Mit der Skala wirkt ein mit der
Welle 104 drehfest angeordneter Zeiger 132 zusammen. Die Anzeigegenauigkeit entspricht daher praktisch der Genauigkeit der Kontaktgabe, wobei beide wegen der Lage der Skala und der Kontaktbahn unmittelbar in der Nähe des Umfanges des Schalters einen bei vorgegebener Schaltergrösse optimalen
Wert aufweisen.
Die gas-oder vakuumdichte Ausführungsform gemäss Fig. 5 unterscheidet sich von jener nach den
Fig. 3 und 4 bloss dadurch, dass bei ihr die Kontakte und alle dazu gehörenden Teile vor zuströmender
Atmosphäre geschützt oder in einer vorbestimmten inerten Gasatmosphäre gehalten sind. Zu diesem Zweck sind zwischen Gehäusescheibe 101 und Gehäusedeckel eine Drahtmanschette 200, zwischen Einstell- knopf 125 und Welle 104 bzw. zwischen dieser Welle und dem Gehäusedeckel 102 jeweils ein
Dichtungsring 201 und 202 und zwischen der Unterseite des Drehknopfes 125 und der Vorderwand 103 eines Schaltschrankes (nicht gezeigt) oder Vorderseite der Gehäusescheibe 101 ein im Querschnitt ovalerRing 203 als Dichtungselemente angeordnet.
Durch diese Elemente wird das Schalterinnere voll- ständig nach aussen abgedichtet, ohne dass die Funktion beeinträchtigt wird oder die Abmessungen wesent- lich vergrössert werden.
Der Drehschalter kann in allen Ausführungsformen auch mehr als zwei Kontaktbahnen in konzentrischer Anordnung aufweisen. Man kann jedoch auch mehrere Drehschalter der dargestellten Arten auf einer
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gemeinsamen Welle hintereinander anordnen, um jede gewünschte Schaltkombination zu erzielen. Das zum Betätigen des Schalters nötige Drehmoment ist sehr klein.
Dadurch ist es möglich, die Welle unmittelbar mit der Welle einerAnzeige-oder Steuervorrichtung zu verbinden. Die Schaltung erfolgt ohne unerwünschten Leerweg und stufenlos. Die Schaltstellung kann jederzeit abgelesen und verändert werden, ohne dass irgendwelche Sperrvorrichtungen gelöst und wieder eingelegt werden müssen. Die geringen axialen Abmessungen des erfindungsgemäss ausgebildeten Schal- ters gestatten die Kombination einergrösserenAnzahlvonsolchen Schaltern mit einer gemeinsamen Schaltwelle. Die Schaltgenauigkeit ist infolge der grossen Kontaktbahnlänge ausgezeichnet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stufenlos betätigbarer Drehschalter, insbesondere für elektrische Programmsteuerungen, bei dem konzentrisch zu der Achse einer Welle gegeneinander isolierte ringförmige Kontaktbahnen vorgesehen sind, mit denen ein mit der Welle drehfest verbundener Kontaktarm zusammenwirkt, und bei dem ein Drehknopf zum Verändern der Winkellage der oder jeder Kontaktstelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengehörigen ringförmigen Kontaktbahnen (12, 13 bzw. 110,118) relativ zueinander drehbar gelagert und über eine ungewünschteRelativdrehungen verhindernde Sperreinrichtung, insbesondere eine Reibungskupplung (36 bzw. 127) miteinander gekuppelt sind, und dass der gegenüber der Welle (5 bzw. 104) frei drehbar gelagerte Drehknopf (34 bzw.
125) mit der einen Kontaktbahn drehfest verbunden ist (Verbindung 27,35 bzw. 114,122), während der Kontaktarm (8 bzw. 106) gegenüber der Welle elektrisch isoliert ist und mit Kontaktelementen (14,15 bzw. 108,109) ständig auf den zusammengehörigen Kontaktbahnen schleift.