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Die
Erfindung betrifft einen Schaltknopfmechanismus (Handgriffsbetätigungsmechanismus)
für einen
Leitungsschutzschalter (Selbstschalter), der im Oberbegriff des
Patentanspruchs angegebenen Gattung.
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Zunächst soll
der Aufbau eines bekannten (nachfolgend als LS-Schalter bezeichneten)
Leitungsschutzschalters, der mit einem Dreh-Schaltknopf versehen
ist, unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 beschrieben
werden. In 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-(Unterspannungsauslöse)-Einrichtung) des LS-Schalters
bezeichnet, die wahlweise im oder am Gehäuse 1 montiert werden
kann.
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Der
Zahnradmechanismus 6 besteht aus der Kombination eines
Antriebszahnrads 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
Antriebszahnrad 8 kreuzt, wie in 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
Zahnradmechanismus 6 verschwenkt, um die Hauptkontakte über einen
nicht gezeigten Schalthebel einzuschalten. Wenn dagegen der Dreh-Schaltknopf 5 aus
der Stellung EIN in die Stellung AUS gedreht wird, arbeiten der
Kniegelenkmechanismus 3a und eine Schaltfeder 3b zusammen,
um die Hauptkontakte 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.
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Die 6(a) und (b) zeigen detaillierter den Aufbau
des Zahnradmechanismus 6. Das Antriebszahnrad 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
Kniegelenkmechanismus gekoppelt, daß seine Welle so mit dem Schaltmechanismus 3 verbunden
ist, daß sie
quer zum Antriebszahnrad 8 liegt. Die Zähne des Schaltrads 9 kämmen mit
den Zähnen 8a des
Antriebszahnrads 8. Mit dem Bezugszeichen 10 in 5(b) ist eine Rückholfeder bezeichnet, die
den Dreh-Schaltknopf in Richtung zur Stellung AUS vorspannt.
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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 Schaltmechanismus seinen Einschaltvorgang ausführt.
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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 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.
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Aus
der
DE 28 00 026 C2 ist
eine Leitungsschutzschalter bekannt, der einen feststellbaren Auslösehebel
und einen schwenkbaren Knebel zur manuellen Betätigung eines Kniegelenkmechanismus aufweist.
Zwischen einem drehbaren Handgriff und dem verschwenkbaren Knebel
ist eine Betätigungsmechanik
vorgesehen, mit der die Drehung des Handgriffs auf den Knebel bei
manuellem Öffnen
und Schließen
des Schalters übertragen
wird. Diese Betätigungsmechanik
enthält
eine am Handgriff befestigte Nockenscheibe, welche die Drehbewegung
des Handgriffs in eine Schwenkbewegung des Knebels umsetzt. Ein
Freilaufabschnitt ermöglicht
die freie Drehbarkeit des Handgriffs über die Öffnungsstellung hinaus in eine
Verriegelungsstellung bei in der Öffnungsstellung fixiertem Knebel.
Diese Ausbildung des Schaltmechanismus soll eine zuverlässige Anzeige
der Kontaktstellung über
den Handgriff und insbesondere dessen Drehung über die Öffnungsstellung hinaus in eine
Verriegelungsstellung ermöglichen.
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In
der DE-OS 1 640 682 ist ein handbetätigter elektrischer Schalter
beschrieben, der ein verklinktes Schaltschloß und eine Druckknopfbetätigung mit
zwei gesonderten Druckknöpfen
aufweist. Neben dieser Druckknopfbetätigung soll der Schalter auch über einen
Drehantrieb betätigt
werden können.
Zu diesem Zweck ist ein die beiden Druckknöpfe kuppelndes Element mit
einem Zahnsegment ausgerüstet, über das
die Antriebe mit dem Schaltschloß in Wirkverbindung gebracht
werden können.
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Aus
der
DE 198 12 503 C ist
ein drehbetätigter
Leistungsschutzschalter mit einem gattungsgemäßen Schaltknopfmechanismus
bekannt, der einen voreilenden Hilfsschalter aufweist. Die Kontakte
des Hilfsschalters werden beim Einschalten zeitlich vor den Hauptkontakten
betätigt.
Ein von einem Betätigungsglied
verdrehbares Antriebsritze) kämmt
mit einer Zahnstange, die den Hilfsschalter betätigt. Eine zweite Zahnstange
ist mit der ersten Zahnstange nacheilend verbunden und enthält ein Abtriebsritzel, das
eine Antriebswelle für
das Schaltschloß antreibt.
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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, und
daß nach Schließen der
Hauptkontakte der Schaltknopf in der Position EIN fixiert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
im Patentanspruch 1 angegebenen Schaltknopfmechanismus gelöst. Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist der Gegenstand des
Unteranspruchs.
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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.
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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.
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Die
Erfindung, ihre Voreile und weitere Merkmale werden nachfolgend
anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines Schaltknopfmechanismus
und des Freilaufbetriebs eines Schaltknopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 den
Schaltknopf im Aufbau von 1(a) in
der Stellung AUS bzw. (b) in der Stellung EIN,
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3 eine
perspektivische Explosionsdarstellung des Schaltknopfmechanismus
von 1,
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4 schematisch
eine Gesamtdarstellung des LS-Schalters mit Dreh-Schaltknopf,
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5 eine
Schnittansicht, die den Schaltmechanismus des LS-Schalters von 4 zeigt,
und
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6 den
Aufbau eines bekannten Schaltknopfmechanismus für den LS-Schalter der 4 und 5,
wobei (a) den Mechanismus im zusammengebauten Zustand und (b) den
Mechanismus in einer Explosionsdarstellung zeigen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 beschrieben.
In diesen Figuren sind gleiche Elemente wie in 6 mit
den gleichen Bezugszahlen versehen.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist zusätzlich
ein Kupplungszahnrad 11 zwischen dem Dreh-Schaltknopf 5 und
dem Antriebszahnrad 8 angeordnet, wie am besten aus 3 ersichtlich.
Das Antriebszahnrad 8 ist dabei nicht direkt mit dem Schaltknopf 5 gekoppelt,
sondern vielmehr lose aufgesetzt und in einer solchen Weise gehalten,
daß in Umfangsrichtung
zwischen dem Antriebszahnrad 8 und der Schaltknopfwelle 5a ein
Leerspalt besteht. Am äußeren Rand
des Antriebszahnrads 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.
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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 Schaltknopfmechanismus überlappt
das Antriebszahnrad 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 Antriebszahnrads 8 angeordnet, und der Zahn 8a des
Antriebszahnrads 8 kämmt
mit der Verzahnung des Schaltrads 9, das am Schaltmechanismus 3 montiert
ist.
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Als
nächstes
soll die Funktionsweise des Schaltknopfmechanismus mit dem obigen
Aufbau beschrieben werden. 2(a) zeigt
den LS-Schalter in der Ausschalt-Stellung AUS. Wie dargestellt,
ist der Schaltknopf 5 durch die Vorspannkraft der Rückholfeder 10 in
die Stellung AUS zurückgezogen,
und das Kupplungszahnrad 11 und das Antriebszahnrad 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 Antriebszahnrads 8.
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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 Antriebszahnrads 8,
so daß das
Kupplungszahnrad 11 und das Antriebszahnrad 8 gekuppelt
sind. Der Zahn 11a des Kupplungszahnrads 11 und
der hinterste Zahn 8a des Antriebszahnrads 8 kämmen mit
dem Schaltrad 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 Antriebszahnrads 8 und der Zahn 11a des
Kupplungszahnrads 11 im Eingriff mit dem Schaltrad 9,
und der Schaltknopf 5, der mit dem Kupplungszahnrad 11 verbunden
ist, wird somit in der Position EIN gehalten, und seine Freilauffunktion ist
außer
Kraft gesetzt.
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Wenn
der Schaltknopf 5 manuell im Uhrzeigersinn aus der Position
AUS, die in 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 Antriebszahnrad 8 stehen bleibt, da anfänglich das
Kupplungszahnrad 11 und das Antriebszahnrad 8 nicht
gekoppelt sind. Dieser Freilauf setzt sich fort, bis der Zahn 11a des
Kupplungszahnrads 11 an den Stufenabschnitt 8b des
Antriebszahnrads 8 anstößt. Nachdem
der Zahn 11a an den Stufenabschnitt 8b angestoßen ist,
sind das Kupplungszahnrad 11 und das Antriebszahnrad 8 miteinander
gekoppelt, so daß sich
bei fortgesetzter Drehung des Schaltknopfs 5 und des Kupplungszahnrads 11 das
Antriebszahnrad 8 mitdreht und die Kraft auf das Schaltrad 9 übertragen
wird. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß, während das Antriebszahnrad 8 und das
Kupplungszahnrad 11 gekoppelt sind, der Zahn 11a des
Kupplungszahnrads 11 und der hinterste Zahn 8a am
Antriebszahnrad 8 in Vertikalrichtung übereinanderliegen. Hierdurch
wird ein Freihub des Schaltknopfs 5, dargestellt durch
den Winkel θ eingestellt, über den
der Schaltknopf zwischen der Position AUS, die in 1 gestrichelt
dargestellt ist, und der Position frei läuft, in der das Kupplungszahnrad 11 und
das Antriebszahnrad 8 miteinander in Eingriff kommen und
die mit ausgezogenen Linien in 1 dargestellt
ist.
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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
Kupplungszahnrad 11 in der Position EIN so gehalten, daß er sich
nicht frei aus dieser Position herausbewegen kann, wodurch verhindert wird,
daß ein
Benutzer möglicherweise
nicht feststellen kann, daß der
LS-Schalter eingeschaltet wurde.
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Wenn
der Schaltknopf betätigt
wird, um den LS-Schalter zu öffnen
und dazu im Gegenuhrzeigersinn 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 Antriebszahnrads 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 Antriebszahnrad 8 in der momentanen Position stehen,
während
der Schaltknopf 5 und das Kupplungszahnrad 11 aufgrund
der Vorspannung durch die Rückholfeder 10 in
die Position AUS zurückkehren.
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Wie
oben beschrieben, schafft der Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Schaltknopfmechanismus 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 Antriebszahnrad, das mit dem Schaltknopf verbunden ist, und
ein Schaltrad im Schaltmechanismus, das mit dem Antriebszahnrad
kämmt,
gekoppelt sind, und wobei ein Kupplungszahnrad zwischen den Schaltknopf
und das Antriebszahnrad gesetzt ist. Dabei ist ein Freihub eingestellt
infolge dessen, wenn der LS-Schalter eingeschaltet wird, der Schaltknopf nach
Beginn seiner Drehung und bevor das Antriebszahnrad das Schaltrad
des Schaltmechanismus antreibt, frei läuft. Das Kupplungszahnrad umfaßt einen Zahn,
der mit dem Schaltrad kämmt,
während
es einen Zahn des Antriebszahnrads überlappt, und zwar in einer
solchen Weise, daß das
Kupplungszahnrad mit dem Antriebszahnrad gekoppelt ist, und das Kupplungszahnrad
mit einer Rückholfeder
kombiniert und mit dem Schaltknopf verbunden ist. Demzufolge führt die
vorliegende Erfindung zu folgenden Wirkungen:
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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 Antriebszahnrad 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 der Schaltknopf betätigt wird,
um den LS-Schalter zu öffnen,
kann der Schaltmechanismus direkt angetrieben und geöffnet werden,
wobei der Schaltknopf direkt mit dem Antriebszahnrad 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.