DE10147321A1 - Schaltknopfmechanismus für einen Leitungsschutzschalter - Google Patents

Abstract

Ein Schaltknopfmechanismus für einen Leitungsschutzschalter, der einen zum Öffnen und Schließen von Hauptkontakten des Leitungsschutzschalters manuell betätigbaren Dreh-Schaltknopf aufweist, ist mit einem Schaltmechanismus zum Öffnen und Schließen der Hauptkontakte über ein rotierendes Zahnrad, das mit dem Schaltknopf verbunden ist und ein Kniegelenkzahnrad, das im Schaltmechanismus vorgesehen ist und mit dem Zahnrad kämmt, gekoppelt. Ein Kupplungszahnrad befindet sich zwischen dem Schaltknopf und dem Zahnrad, und ein Freihub ist derart eingestellt, daß, wenn der Leitungsschutzschalter eingeschaltet wird, der Schaltknopf vom Beginn seiner Drehung und bevor das Zahnrad das Kniegelenkzahnrad des Schaltmechanismus antreibt, freiläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltknopfmechanismus (Handgriffsbetätigungsmechanismus) für einen Leitungsschutzschalter (Selbstschalter), der mit einem Dreh-Schaltknopf versehen ist und als kunststoffgekapselter Schalter oder dergleichen ausgeführt ist.

Zunächst soll der Aufbau eines bekannten (nachfolgend als LS-Schalter bezeichneten) Leitungs­ schutzschalters, der mit einem Dreh-Schaltknopf versehen ist, unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben werden. In Fig. 4 bezeichnet 1 das Gehäuse des LS-Schalters, 2 einen Unterbrecherabschnitt für einen Hauptstromkreis, 3 einen Schaltmechanismus zum Öffnen und Schließen der Hauptkontakte, 4 eine Überstromauslöseeinrichtung, 5 einen an der Oberseite des Gehäuses 1 angeordneten Dreh-Schaltknopf und 6 einen Zahnradmechanismus, der den Dreh- Schaltknopf 5 mit dem Schaltmechanismus 3 verbindet. Mit 7 ist eine Zusatzbaugruppe, etwa ein Hilfsschalter, ein Alarmschalter, eine Spannungsauslöseeinrichtung (oder eine USA-(Unterspan­ nungsauslöse)-Einrichtung) des LS-Schalters bezeichnet, die wahlweise im oder am Gehäuse 1 montiert werden kann.

Der Zahnradmechanismus 6 besteht aus der Kombination eines rotierenden Zahnrads (Antriebs­ zahnrad) 8, das mit der Welle des Dreh-Schaltknopfs 5 verbunden ist, und einem Kipp- oder Kniegelenkzahnrad 9 (Sektorzahnrad, nachfolgend als Schaltrad bezeichnet), das so an dem Schaltmechanismus 3 angebracht ist, daß es das Zahnrad 8 kreuzt, wie in Fig. 5 gezeigt. Wenn der Dreh-Schaltknopf 5 aus einer Ausschalt-Stellung AUS in eine Einschalt-Stellung EIN gedreht wird, wird ein Kniegelenkmechanismus 3a im Schaltmechanismus 3 über den Zahnradmechanis­ mus 6 verschwenkt, um die Hauptkontakte über einen nicht gezeigten Schalthebel einzuschalten. Wenn dagegen der Dreh-Schaftknopf 5 aus der Stellung EIN in die Stellung AUS gedreht wird, arbeiten der Kniegelenkmechanismus 3a und eine Schaltfeder 3b zusammen, um die Hauptkon­ takte zu öffnen. Wenn die Überstromauslöseeinrichtung 4 einen Schaltvorgang auslöst, um die Hauptkontakte zu öffnen, bewegt sich der Dreh-Schaltknopf 5 von der Stellung EIN in eine Stellung TRIP.

Die Fig. 6(a) und (b) zeigen detaillierter den Aufbau des Zahnradmechanismus 6. Das Zahnrad 8 besitzt Zähne 8a, die mit dem Schaltrad 9 kämmen, und ist auf eine Welle 5a des Dreh- Schaltknopfs 5 aufgesetzt. Das Schaltrad 9 ist dadurch mit dem erwähnten Kniegelenkmecha­ nismus gekoppelt, daß seine Welle so mit dem Schaltmechanismus 3 verbunden ist, daß sie quer zum Zahnrad 8 liegt. Die Zähne des Schaltrads 9 kämmen mit den Zähnen 8a des Zahnrads 8. Mit der Bezugszahl 10 in Fig. 5(b) ist eine Rückholfeder bezeichnet, die den Dreh-Schaltknopf in Richtung zur Stellung AUS vorspannt.

Kunststoffgekapselte LS-Schalter können mit verschiedenen optionalen Zusatzbaugruppen versehen werden. Insbesondere im Fall einer USA-Einrichtung mit voreilendem Schließer als Zusatzbaugruppe, die den LS-Schalter bei einem anomalen Spannungsabfall auslöst, muß, wenn der Dreh-Schaltknopf zum Einschalten des LS-Schalters gedreht wird, der Kontakt innerhalb der Zusatzbaugruppe geschlossen werden, um ein Signal zu übertragen, bevor der Schaltmechanis­ mus seinen Einschaltvorgang ausführt.

Bei herkömmlichen LS-Schaltern mit einem Kippschalthebel, ist ein Hilfshandgriff, der von der USA-Einrichtung zurückgezogen wird, mit dem Schalthebel des LS-Schalters gekoppelt, und der eingebaute Kontakt der USA-Einrichtung wird eingeschaltet, während der Schalthebel aus der Position AUS in die Position EIN geschaltet wird. Damit jedoch bei dem oben beschriebenen LS-Schalter mit einem Dreh-Schaltknopf die beschriebene USA-Einrichtung (Zusatzbaugruppe) mit voreilendem Schließer eingesetzt werden kann, ist Folgendes erforderlich: Wenn der LS-Schalter eingeschaltet wird, muß ein Freihub vorgesehen sein, d. h. der in Fig. 6 gezeigte Schaltknopf muß nach Beginn der Drehbewegung aus der Position AUS freilaufen, bevor das Schaltrad 9 des Schaltmechanismus 3 angetrieben wird, damit während dieses Freihubs der eingebaute Kontakt der Zusatzbaugruppe zur Übertragung des Signals geschlossen werden kann. Außerdem muß der Schaltknopfmechanismus eine Funktion aufweisen, die den Schaltknopf in der Position EIN fixiert, nachdem die Hauptkontakte geschlossen wurden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schaltknopfmechanismus für einen LS-Schalter zu schaffen, der es ermöglicht, daß beim Einschalten des LS-Schalters ein Signal zu einer Zusatzbaugruppe, wie etwa einer USA-Einrichtung mit einem voreilenden Schließer, übertragen wird, bevor der Schaltmechanismus des LS-Schalters arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schaltknopfmechanismus gemäß Patentan­ spruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist der Gegenstand des Unteran­ spruchs.

Wenn bei dem Mechanismus gemäß der Erfindung der Dreh-Schaltknopf manuell betätigt wird, um den LS-Schalter einzuschalten, läuft er während des Freihubs, welcher mit Beginn der Drehung anfängt und endet, wenn das Kupplungszahnrad mit dem Antriebszahnrad gekoppelt ist, um das Schaltrad des Schaltmechanismus anzutreiben, frei. Folglich kann während dieses Hubs das Signal zu einer Zusatzbaugruppe übertragen werden, wie etwa einer USA-Einrichtung mit einem voreilenden Schließer, die dazu dient, eine anomale Spannung im Hauptschaltungskreis festzustellen, bevor der Schaltmechanismus für die Hauptkontakte arbeitet.

Nachdem die Hauptkontakte des LS-Schalters eingeschaltet wurden, wird das Schaltrad, das mit einem Kniegelenk des Schaltmechanismus gekoppelt ist, in seiner Position gehalten und begrenzt, wobei die Zähne des Antriebszahnrads und des Kupplungszahnrads mit ihm kämmen, so daß der Schaltknopf ohne Spiel in der Position EIN fixiert ist. Wenn andererseits die Hauptkontakte geöffnet werden, dreht sich der Schaltknopf synchron mit dem Antriebszahnrad entgegengesetzt zum Einschaltbetrieb. Nachdem die Zähne des Kupplungszahnrads außer Eingriff mit dem Schaltrad gelangt sind, bleibt das Antriebszahnrad in der gleichen Position, und die Federkraft der Rückholfeder bewirkt, daß der Schaltknopf zusammen mit dem Kupplungszahnrad frei zur Position AUS zurückkehrt.

Die Erfindung, ihre Voreile und weitere Merkmale werden nachfolgend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Schaltknopfmechanismus und des Freilaufbetriebs eines Schaltknopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 den Schaltknopf im Aufbau von Fig. 1(a) in der Stellung AUS bzw. (b) in der Stellung EIN,

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Schaltknopfmechanismus von Fig. 1,

Fig. 4 schematisch eine Gesamtdarstellung des LS-Schalters mit Dreh-Schaltknopf,

Fig. 5 eine Schnittansicht, die den Schaltmechanismus des LS-Schalters von Fig. 4 zeigt, und

Fig. 6 den Aufbau eines bekannten Schaltknopfmechanismus für den LS-Schalter der Fig. 4 und 5, wobei (a) den Mechanismus im zusammengebauten Zustand und (b) den Mechanismus in einer Explosionsdarstellung zeigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben. In diesen Figuren sind gleiche Elemente wie in Fig. 6 mit den gleichen Bezugszahlen versehen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich ein Kupplungszahnrad 11 zwischen dem Dreh- Schaltknopf 5 und dem rotierenden Zahnrad 8 angeordnet, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich. Das (Antriebs-)Zahnrad 8 ist dabei nicht direkt mit dem Schaftknopf 5 gekoppelt, sondern vielmehr lose aufgesetzt und in einer solchen Weise gehalten, daß in Umfangsrichtung zwischen dem Zahnrad 8 und der Schaltknopfwelle 5a ein Leerspalt besteht. Am äußeren Rand des Zahnrads 8 nahe der Verzahnung (3 Zähne) 8a sind ein Stufenabschnitt 8b zum Eingriff mit einem Vorsprung des Kupplungszahnrads 11 und eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Ausnehmung ausgebildet, in welcher der Vorsprung des Kupplungszahnrads 11 sich eingriffslos bewegt.

Das Kupplungszahnrad 11 ist auf die Welle 5a des Schaltknopfs 5 aufgesetzt und mit ihm unter Verwendung einer Keilnut gekoppelt, so daß es sich synchron mit dem Schaltknopf 5 dreht. Am Außenrand des Kupplungszahnrads bzw. der Kupplungsplatte sind ein Zahn 11a und ein L-förmiger Eingriffsvorsprung 11b ausgebildet, von denen letzterer hinter dem Zahn 11a und in seitlicher Richtung vorstehend angeordnet ist. Im zusammengebauten Zustand des Schaltknopf­ mechanismus überlappt das Zahnrad 8 eine Bodenfläche des Kupplungszahnrads 11, das mit dem Schaltknopf 5 und der Rückholfeder 10 kombiniert ist. In dieser Position bzw. in diesem Zustand ist der Zahn 11a des Kupplungszahnrads 11 lose auf der Ausnehmung an der Peripherie des Zahnrads 8 angeordnet, und der Zahn 8a des Zahnrads 8 kämmt mit der Verzahnung des Schalt­ rads 9, das am Schaltmechanismus 3 montiert ist.

Als nächstes soll die Funktionsweise des Schaltknopfmechanismus mit dem obigen Aufbau beschrieben werden. Fig. 2(a) zeigt den LS-Schalter in der Ausschalt-Stellung AUS. Wie darge­ stellt, ist der Schaltknopf 5 durch die Vorspannkraft der Rückholfeder 10 in die Stellung AUS zurückgezogen, und das Kupplungszahnrad 11 und das Zahnrad 8 sind dadurch außer Eingriff gekommen und nicht miteinander gekoppelt. Das mit dem Schaltmechanismus 3 gekoppelte Schaltrad 9 ist gegenüber einer Neutralstellung im Uhrzeigersinn geneigt gehalten und fixiert. In dieser Position kämmt das Schaltrad 9 mit dem vorderen Zahn 8a des Zahnrads 8.

Fig. 2(b) ist der LS-Schalter durch Drehen des Schaltknopf 5 in die Position EIN eingeschaltet worden. Wie in der Figur dargestellt, stößt der Zahn 11a des Kupplungszahnrads 11 gegen den Stufenabschnitt des Zahnrads 8, so daß das Kupplungszahnrad 11 und das Zahnrad 8 gekuppelt sind. Der Zahn 11a des Kupplungszahnrads 11 und der hinterste Zahn 8a des Zahnrads 8 kämmen mit dem Schaftrad 9 in solcher Weise, daß der Zahn 11a und der hinterste Zahn 8a in Vertikalrichtung übereinander liegen. In diesem Einschaltzustand bewirkt der Schaltmechanismus 3, daß das Schaltrad 9 im Gegenuhrzeigersinn gegenüber der Neutralstellung gehalten und fixiert ist. Folglich bleiben der Zahn 8a des Zahnrads 8 und der Zahn 11a des Kupplungszahnrads 11 im Eingriff mit dem Schaltrad 9, und der Schaltknopf 5, der mit dem Kupplungszahnrad 11 verbun­ den ist, wird somit in der Position EIN gehalten, und seine Freilauffunktion ist außer Kraft gesetzt.

Wenn der Schaltknopf 5 manuell im Uhrzeigersinn aus der Position AUS, die in Fig. 2(a) gezeigt ist, in die Position EIN gedreht wird, um den LS-Schalter einzuschalten, läuft der Schaltknopf 5 zusammen mit dem Kupplungszahnrad 11 frei, während das Zahnrad 8 stehen bleibt, da anfänglich das Kupplungszahnrad 11 und das Zahnrad 8 nicht gekoppelt sind. Dieser Freilauf setzt sich fort, bis der Zahn 11a des Kupplungszahnrads 11 an den Stufenabschnitt 8b des Zahnrads 8 anstößt. Nachdem der Zahn 11a an den Stufenabschnitt 8b angestoßen ist, sind das Kupplungszahnrad 11 und das Zahnrad 8 miteinander gekoppelt, so daß sich bei fortgesetzter Drehung des Schaltknopfs 5 und des Kupplungszahnrads 11 das Zahnrad 8 mitdreht und die Kraft auf das Schaltrad 9 übertragen wird. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß, während das Zahnrad 8 und das Kupplungszahnrad 11 gekoppelt sind, der Zahn 11a des Kupplungszahn­ rads 11 und der hinterste Zahn 8a am Zahnrad 8 in Vertikalrichtung übereinanderliegen. Hier­ durch wird ein Freihub des Schaltknopfs 5, dargestellt durch den Winkel θ eingestellt, über den der Schaltknopf zwischen der Position AUS, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, und der Position frei läuft, in der das Kupplungszahnrad 11 und das Zahnrad 8 miteinander in Eingriff kommen und die mit ausgezogenen Linien in Fig. 1 dargestellt ist.

Selbst wenn also der LS-Schalter als Zusatzbaugruppe eine USA-Einrichtung mit voreilendem Schließer enthält, kann, wenn der LS-Schalter eingeschaltet wird, der oben beschriebene Freihub des Schaltknopfs 5 dazu benutzt werden, die Kontakte der Zusatzbaugruppe zu schließen und ein Signal zu übertragen, bevor die Hauptkontakte geschlossen werden. Darüber hinaus wird, wie beschrieben, solange der LS-Schalter eingeschaltet ist, der Schaltknopf 5 über das Kupplungs­ zahnrad 11 in der Position EIN so gehalten, daß er sich nicht frei aus dieser Position herausbewe­ gen kann, wodurch verhindert wird, daß ein Benutzer möglicherweise nicht feststellen kann, daß der LS-Schalter eingeschaltet wurde.

Wenn der Schaltknopf betätigt wird, um den LS-Schalter zu öffnen und dazu im Gegenuhrzeiger­ sinn von der Position EIN in die Position AUS gedreht wird, führt der Schaltmechanismus 3 einen umgekehrten Vorgang im Zustand direkter Kopplung aus, bei dem der Zahn 8a des Zahnrads 8 und der Zahn 11a des Kupplungszahnrads 11 mit dem Schaltrad 9 kämmen. Wenn dann der Zahn 11a des Kupplungszahnrads 11 sich von dem Schaltrad 9 löst, bleibt das Zahnrad 8 in der momentanen Position stehen, während der Schaftknopf 5 und das Kupplungszahnrad 11 aufgrund der Vorspannung durch die Rückholfeder 10 in die Position AUS zurückkehren.

Wie oben beschrieben, schafft der Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schaltknopf­ mechanismus für einen LS-Schalter, der einen Dreh-Schaltknopf zum manuellen Öffnen und Schließen von Hauptkontakten des LS-Schalters aufweist, wobei der Schaltknopf und ein Schaltmechanismus über ein (rotierendes) Zahnrad, das mit dem Schaltknopf verbunden ist, und ein Schaltrad im Schaltmechanismus, das mit dem Zahnrad kämmt, gekoppelt sind, und wobei ein Kupplungszahnrad zwischen den Schaltknopf und das Zahnrad gesetzt ist. Dabei ist ein Freihub eingestellt infolge dessen, wenn der LS-Schalter eingeschaltet wird, der Schaltknopf nach Beginn seiner Drehung und bevor das Zahnrad das Schaltrad des Schaltmechanismus antreibt, frei läuft. Das Kupplungszahnrad umfaßt einen Zahn, der mit dem Schaltrad kämmt, während es einen Zahn des Zahnrads überlappt, und zwar in einer solchen Weise, daß das Kupplungszahnrad mit dem Zahnrad gekoppelt ist, und das Kupplungszahnrad mit einer Rückholfeder kombiniert und mit dem Schaltknopf verbunden ist. Demzufolge führt die vorliegende Erfindung zu folgenden Wirkungen:

• 1. Wenn der Dreh-Schaltknopf betätigt wird, um den LS-Schalter einzuschalten, läuft er während des Freihubs, der mit dem Drehbeginn anfängt und endet, wenn das Kupplungszahnrad mit dem Zahnrad zum Antrieb des Schaltrads des Schaltmechanismus gekoppelt ist, frei. Während dieses Hubs kann ein eingebauter Kontakt einer USA-Einrichtung (Zusatzbaugruppe), die zur Erfassung einer anomalen Spannung im Hauptschaltungskreis dient und einen voreilenden Schließer aufweist, geschlossen werden, um ein Signal zu übertragen, bevor der Schaltmechanismus die Hauptkontakte betätigt.
• 2. Nachdem die Hauptkontakte geschlossen wurden, wird der Schaltknopf in der Position EIN fixiert und daran gehindert, sich freilaufend aus dieser Position zu entfernen, wodurch verhindert wird, daß ein Benutzer möglicherweise nicht feststellt, daß der LS-Schalter eingestellt wurde. Wenn dar Schaltknopf betätigt wird, um den LS-Schalter zu öffnen, kann der Schaltmechanismus direkt angetrieben und geöffnet werden, wobei der Schaltknopf direkt mit dem Zahnrad gekoppelt ist und nicht frei läuft. Daher kann der LS-Schalter Zusatzbaugruppen wie eine USA-Einrichtung mit einem voreilenden Schließer aufnehmen und kann durch Betätigung des Schaltknopfs geeignet geöffnet und geschlossen werden.

Claims (2)

1. Schaltknopfmechanismus für einen Leitungsschutzschalter, der einen zum Öffnen und Schließen von Hauptkontakten des Leitungsschutzschalters manuell betätigbaren Dreh-Schalt­ knopf (5) aufweist, welcher mit einem Schaltmechanismus (3) zum Öffnen und Schließen der Hauptkontakte über ein rotierendes Zahnrad (8), das mit dem Schaltknopf (5) verbunden ist und ein Kniegelenkzahnrad (9), das im Schaltmechanismus (3) vorgesehen ist und mit dem Zahnrad (8) kämmt, gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupplungszahnrad (11) zwischen den Schaltknopf (5) und das Zahnrad (8) gesetzt ist und ein Freihub eingestellt ist derart, daß, wenn der Leitungsschutzschalter eingeschaltet wird, der Schaltknopf (5) nach Beginn seiner Drehung und bevor das Zahnrad (8) das Kniegelenkzahnrad (9) des Schaltmechanismus (3) antreibt, freiläuft.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungszahnrad (11) einen Zahn (11a) aufweist, der mit dem Kniegelenkzahnrad (9) kämmt, während er sich mit einem Zahn (8a) des Zahnrads (8) überlappt, derart, daß das Kupplungszahnrad (11) mit dem Zahnrad (8) gekoppelt ist, und daß das Kupplungszahnrad (11) mit einer Rückholfeder (10) kombiniert und mit dem Schaltknopf (5) verbunden ist.