DE10133878B4

DE10133878B4 - Schaltgerät mit einem Schaltschloss

Info

Publication number: DE10133878B4
Application number: DE10133878A
Authority: DE
Inventors: Winfried Vierling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: EP1405325B1; WO2003007322A1; DE50201323D1; US20040200711A1; ES2229167T3; US7009129B2; EP1405325A1; CN1529895A; CN1248276C; DE10133878A1

Abstract

Schaltgerät (1) mit einem Gehäuse (2) und mit einem Schaltschloss (3), welches einen Auslösehebel (4), eine Klinke (5), einen beweglichen Kontaktarm (6) und eine gehäusefeste Umlenkachse (7) aufweist, wobei der bewegliche Kontaktarm (6) mit einer Aussparung (8) versehen ist, in der die Umlenkachse (7) angeordnet ist, und wobei die Klinke (5) mittels eines Bolzens (9) mit dem beweglichen Kontaktarm (6) endseitig gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (9) verschiebbar in einem vom Gehäuse (2) gebildeten Aufnahmeelement (11) geführt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät gemäß Oberbe griff des Patentanspruchs 1.
Ein Schaltgerät, insbesondere ein Schutzschaltgerät, mit einem Schaltschloss kommt beispielsweise als Leitungsschutzschalter zum Einsatz. Leitungsschutzschalter – auch als LS-Schalter oder Leitungsschutzautomaten bezeichnet – werden heute vorwiegend anstelle von Schmelzsicherungen verwendet.
Leitungsschutzschalter sind Überstromschutzschalter mit einer ersten und einer zweiten Auslöseeinrichtung, die auf ein Schaltschloss wirken. Eine elektromagnetische Auslöseeinrichtung wirkt als Schnellauslösung bei einem Kurzschluss. Eine thermische Bimetall- Auslöseeinrichtung schaltet bei dauerhaften Überlastungen ab, wenn sich die betroffene Leitung unzulässig erwärmt. Das Schaltschloss lässt sich auch mittels eines manuell betätigbaren Schaltknebels betätigen, wodurch der jeweilige Leitungsschutzschalter auch zum Unterbrechen eines Stromkreises dienen kann.

Ein derartiger Leitungsschutzschalter ist aus der US 4,968,863 bekannt. Bei einem Leitungsschutzschalter stellt die Kontaktkraft zwischen einem feststehenden, ersten Kontaktstück und einem auf einem beweglichen Kontaktarm angeordneten, zweiten Kontaktstück einen wesentlichen Parameter dar. Der Leitungsschutzschalter des vorab aufgeführten Standes der Technik weist jedoch eine diesen Parameter ungünstig beeinflussende Konstruktion auf. Des Weiteren ist aus der DE 41 16 454 C2 ein Selbstschalter mit einem in einem Gehäuse angeordneten Schaltmechanismus bekannt, welcher einen Auslösehebel, einen Runddraht-Bügel, einen schwenkenden Kontakthebel und eine gehäusefeste Achse aufweist. Der Kontakthebel ist hierbei mit einem Langloch versehen, in dem die Achse an geordnet ist, wobei der Runddraht-Bügel mittels einer seiner beiden Schenkel mit dem Kontakthebel gekoppelt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät anzugeben, bei dem eine konstante Kontaktkraft gegeben sein soll.

Diese Aufgabe wird durch ein Schaltgerät der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß der Bolzen verschiebbar in einem vom Gehäuse gebildeten Aufnahmeelement geführt ist.

Mit diesem Schaltgerät wird erreicht, dass die Kontaktkraft zwischen den beiden Kontaktstücken konstant gehalten ist. Die konstante Kontaktkraft ist zudem bei einer geringen Anzahl der Gerätebauteile gegeben, wodurch eine kostengünstige Konstruktion des Schaltschlosses und somit des Schaltgeräts ermöglicht werden kann.

Die Führungsfunktion ist hierbei durch den Bolzen gegeben, der verschiebbar in einem vom Gehäuse gebildeten Aufnahmeelement geführt ist. Auf Grund dieser Ausgestaltung entstehen an den Konturen der Aussparung des beweglichen Kontaktarms keine durch die Umlenkachse bedingten Querkräfte mehr. Folglich kann eine Verminderung der Kontaktkraft und eine Erhöhung der Gerätetemperatur durch querkraftbedingte Reibungsverluste vermieden werden.

Darüber hinaus bleibt die konstruktive Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der unterschiedlichen Schaltstellungen des Schaltschlosses und angrenzender Gerätebauteile im Schaltgerät von der neuen Ausgestaltung des Schaltschlosses unberührt. Insbesondere kann von einer Berücksichtigung der zueinander weitestgehend parallel auszurichtenden Wirkungslinien der Kräfte des Kontakts, einer Zugfeder und der Klinke abgesehen werden. Ein Element zur Kompensierung ggf. auftretender Querkräfte kann demnach ebenfalls eingespart werden.

Mit Vorteil ist das Aufnahmeelement als Anformteil des Gehäuses ausgebildet. Damit ist eine einfache einstöckige Bauein heit gegeben, die sich als Gieß- oder Pressteil herstellen lässt. Eine Kostenreduzierung bei der Fertigung und der Montage der einzelnen Gerätebauteile kommt hierbei begünstigend zum tragen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Aufnahmeelement als separates Gehäuseteil ausgebildet und im Gehäuse ortsveränderlich anordbar. Dadurch kann vorteilhaft eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen des Schaltgeräts, insbesondere an die Kinematik und die wirksamen Kräfte, vorgenommen werden.

Vorzugsweise ist das Aufnahmeelement als bogenförmige Kulisse ausgebildet, welche eine bogenförmige Öffnung aufweist. Der dadurch bedingte Bewegungsablauf des beweglichen Kontaktarms ist demzufolge, je nach Ausführungsvariante des Schaltgeräts, zwangsläufig geführt und optimiert.

Mit Vorteil ist die Aussparung offen oder geschlossen ausgebildet, wodurch ein weiteres Einsparungspotential und eine Erleichterung bei der Montage der Gerätebauteile, insbesondere des beweglichen Kontaktarms, gegeben ist.

Vorteilhafterweise besteht das Gehäuse aus zwei Gehäuseschalen mit jeweils einem Aufnahmeelement, wobei der Bolzen beidseitig geführt. Daraus resultieren eine hohe Führungsstabilität und ein präziser Bewegungsablauf.

Vorzugsweise ist das Gehäuse aus Isolierstoff. Dabei kommen die isolierenden Eigenschaften des Isolierstoffs in soweit vorteilhaft zum tragen, als dass dieser vorhandenen Bestimmungen zum Berührungsschutz genügt und darüber hinaus eine elektrische und thermische Entkopplung zwischen den Gerätebauteilen und -gruppen bewirkt.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Schaltgerät mit einem Schaltschloss in der Aus-Stellung,
2 ein Schaltgerät gemäß 1 in der Kontakt-Stellung, und
3 ein Schaltgerät gemäß 1 in der Ein-Stellung.
Im nachfolgenden Text sind gleiche Teile der Figuren mit gleichen Bezugszeichen oder sinngemäß mit ähnlichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Schaltgerät 1 mit einem Gehäuse 2 und einem Schaltschloss 3 in der so genannten Aus-Stellung AS gezeigt. Das Schaltschloss 3 weist einen Auslösehebel 4, eine Klinke 5, einen beweglichen Kontaktarm 6 und eine gehäusefeste Umlenkachse 7 auf. Der Kontaktarm 6 weist in dieser Ansicht eine annähernd spiegelverkehrte S-Form auf und ist auf seiner Bauteillänge in etwa mittig, insbesondere in einem Längenverhältnis von 1:2, mit einer Aussparung 8 versehen, in der die Umlenkachse 7 angeordnet ist.
Die Aussparung 8 kann sowohl offen als auch geschlossen ausgeführt sein und ist hinsichtlich der Bauteilbreite des Kontaktarms 6 im wesentlichen zum Auslösehebel 4 hin gerichtet. Die Aussparung 8 weist in Bezug auf die Umlenkachse 7 ein Übermaß auf, wodurch eine erleichterte Montage der Gerätebauteile gegeben ist. Die Aussparung 8 dient in Verbindung mit der Umlenkachse 7 lediglich dem Zusammenhalt der Gerätebauteile. Die Umlenkachse 7 ist weitestgehend frei in der Aussparung 8 angeordnet und erfüllt ggf. als Anschlag eine begrenzende oder umlenkende Funktion.
Die Klinke 5 ist endseitig mittels eines Bolzens 9 an einem ersten Ende 10 des Kontaktarms 6 gekoppelt. Der Bolzen 9 ist seinerseits verschiebbar in einem vom Gehäuse 2 gebildeten Aufnahmeelement 11 geführt.
Das Aufnahmeelement 11 kann auch als bogenförmige Kulisse ausgebildet sein, wobei das Aufnahmeelement 11 und ggf. die Kulisse gleichermaßen eine bogenförmige Öffnung 12 aufweisen. Das Aufnahmeelement 11 kann sowohl als Anformteil des Gehäuses 2 als auch als separates Gehäuseteil ausgebildet sein. Das separate Gehäuseteil kann im Gehäuse 2 ortsveränderlich angeordnet werden, so dass eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten gegeben ist. An dem der endseitig bolzengekoppelten Seite gegenüberliegenden Ende ist die Klinke 5 mit einem Bügel 13 verbunden, der wiederum mit einer Knebelwalze 14 in Wirkverbindung steht. Das Gehäuse 2, welches ggf. aus Isolierstoff ist, kann aus zwei Gehäuseschalen mit jeweils einem Aufnahmeelement 11 bestehen, wobei der Bolzen 9 beidseitig geführt ist.
Der Kontaktarm 6 weist zwischen der Aussparung 8 und dem Bolzen 9 eine Eingriffsöffnung 15 für eine darin eingreifende Zugfeder 16 auf. Die Zugfeder 16 ist zudem in einer Aufnahmeöffnung 17 einer Halterung 18 aufgenommen und erfährt hierbei eine Vorspannung. Die Halterung 18 kann in einem ersten Winkelbereich α derart montiert oder verstellt werden, dass sich vorteilhafterweise unterschiedlichen Zugfederlagen unterschiedliche Kontaktkräfte zuordnen lassen, wodurch definierbare Schaltgerätetypen bestimmbar sind. An einem zweiten Ende 19 des Kontaktarms 6 ist ein erstes Kontaktstück 20 in etwa auf gleicher Höhe zu einem zweiten Kontaktstück 21 angeordnet. Das zweite Kontaktstück 21 ist auf einem Festkontaktträger 22 platziert, der Teil einer hier nicht näher beschriebenen Baueinheit ist.
Das Schaltschloss 3 weist im Gegensatz zu einem herkömmlichen Schaltschloss neben der Umlenkachse 7 das Aufnahmeelement 11 auf, welches als Dreh- und Schwenkelement für den beweglichen Kontaktarm 6 dient. Somit ist die Führung des beweglichen Kontaktarms 6 nicht durch eine Kombination aus Umlenkachse 7 und Aussparung 8, sondern durch das Aufnahmeelement 11, deren Öffnung 12 und den darin geführten Bolzen 9, gegeben.
Erfolgt eine Betätigung der Knebelwalze 14 im Sinne einer Umschaltung von der Aus-Stellung AS zur so genannten Kontakt-Stellung KS gemäß 2, überträgt die Knebelwalze 14 ihre Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung auf den Bügel 13. Der Bügel 13 gibt seinerseits die Translationsbewegung mittels einer Klinkenkraft K1 an die Klinke 5 weiter, worauf diese den Kontaktarm 6 mittels zugehörigem Bolzen 9 dazu veranlasst eine bogenförmige Schwenkbewegung auszuführen. Durch die Krafteinwirkung der Zugfeder 16 mittels einer Zugfederkraft K2 dreht sich der Auslösehebel 4 gleichermaßen mit und erwirkt dabei eine zunehmende Überdeckung mit der Klinke 5.
2 zeigt das Schaltgerät 1 gemäß 1 in der Kontakt-Stellung KS. Eine temporäre Zwischenstellung des Schaltschlosses 3, bei der sich die beiden Kontaktstücke berühren, ist als Kontakt-Stellung KS bezeichnet. Hierbei gleitet der Bolzen 9 in der Öffnung 12 des Aufnahmeelements 11, die eine bogenförmige Gehäusenut darstellt. Das Aufnahmeelement 11 ist zentrisch um die Umlenkachse 7 des Kontaktarms 6 angeordnet. Das dem Kontaktarm 6 zugehörige, erste Kontaktstück 20 liegt auf dem zweiten Kontaktstück 21 auf, ohne dass dabei die volle Kontaktkraft K3 wirksam ist. Der durch die variable Halterung 18 gegebene erste Winkelbereich α bildet sich an einem zweiten Winkelbereich β – bedingt durch die Kinematik des Schaltschlosses 3 – am Berührpunkt der Kontaktstücke 20,21 ab.
Auf den Kontaktarm 6 wirkende Querkräfte werden über den Bolzen 9 in das Aufnahmeelement 11 und nicht über die Umlenkachse 7 auf die Innenkonturen der Aussparung 8 geleitet. Ein kleiner Radius am Bolzen 9 begünstigt ggf. auftretende Reibungsverluste. Vorteilhafterweise werden störende Querkräfte maßgeblich verringert, wodurch selbst bei einer geringen Anzahl von Gerätebauteilen – also ohne Gerätebauteile, die eine Kompensation von Kippmomenten bewirken – eine konstante Kontaktkraft K3 gegeben ist. Darüber hinaus müssen die Kraftwir kungslinien der Klinke, der Zugfeder und des Kontakts L1, L2 bzw. L3 nicht mehr parallel zueinander angeordnet sein, um ggf. auftretende Querkräfte klein zu halten.
In 3 ist das Schaltgerät 1 gemäß 1 in der so genannten Ein-Stellung ES gezeigt. Hierbei wirkt die volle Kontaktkraft K3 auf die beiden Kontaktstücke 20,21 ein, da sich die Klinke 5 mit dem Auslösehebel 4 weitestgehend überdeckt und verrastet und der Kontaktarm 6 dabei mittels Kniehebeleffekt das Schaltschloss 3 in die Auslösestellung versetzt.
Wesentlicher Gedanke der vorliegenden Idee ist es, die Führung des beweglichen Kontaktarms von der Aussparung mit der darin angeordneten Umlenkachse auf den in dem Aufnahmeelement geführten Bolzen zu verlagern.

Claims

Schaltgerät (1) mit einem Gehäuse (2) und mit einem Schaltschloss (3), welches einen Auslösehebel (4), eine Klinke (5), einen beweglichen Kontaktarm (6) und eine gehäusefeste Umlenkachse (7) aufweist, wobei der bewegliche Kontaktarm (6) mit einer Aussparung (8) versehen ist, in der die Umlenkachse (7) angeordnet ist, und wobei die Klinke (5) mittels eines Bolzens (9) mit dem beweglichen Kontaktarm (6) endseitig gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (9) verschiebbar in einem vom Gehäuse (2) gebildeten Aufnahmeelement (11) geführt ist.
Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (11) als Anformteil des Gehäuses (2) ausgebildet ist.
Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (11) als separates Gehäuseteil ausgebildet und im Gehäuse (2) ortsveränderlich anordbar ist.
Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (11) als bogenförmige Kulisse ausgebildet ist, welche eine bogenförmige Öffnung (12) aufweist.
Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (8) offen oder geschlossen ausgebildet ist.
Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus zwei Gehäuseschalen mit jeweils einem Aufnahmeelement (11) besteht, wobei der Bolzen (9) beidseitig geführt ist.
Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus Isolierstoff ist.