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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzschaltvorrichtung mit
einem drehbar gelagerten Auslösearm
zum Auslösen
einer Schalteinrichtung. Darüber
hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Justieren
der Schutzschaltvorrichtung.
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Bei
Fehlerstromschutzschaltungen bzw. Differenzstromschutzschaltern
wird für
die Auslösung bei
einem Fehlerstrom ein sogenannter Haltemagnet (Relais) verwendet.
Bei der Auslösung
des Haltemagneten bewirkt ein nachgeschalteter Kraftspeicher, der
durch einen Federmechanismus realisiert sein kann, dass die Kontakte
des Geräts
geöffnet
werden. Für
ein sicheres Auslösen
des Kraftspeichers ist der Stößelweg und
die Stößelkraft
des Haltemagneten entscheidend. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Stößelkraft
nicht linear vom Stößelweg abhängt.
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Der
Kraftspeicher ist notwendig, da zum Öffnen der Kontakte des Fehlerstromschutzschalters mehr
Kraft benötigt
wird, als der Haltemagnet bzw. ein entsprechender Haltemagnetauslöser zur
Verfügung
stellen kann. Daher wird die notwendige Kraft durch ein Vorspannen
des Federmechanismus in der Mechanik gespeichert. Um einen kostengünstigen und
kleinen Haltemagnetauslöser
einsetzen zu können,
müssen
die Auslösekräfte und
Auslösewege
auf ein Minimum reduziert werden.
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Die
in jedem Fehlerstromschutzschalter eingesetzten Komponenten weisen
jedoch Fehlertoleranzen auf. Dadurch kann der Stößelweg von vorneherein nicht
beliebig genau bestimmt werden. Vielmehr sind die durch die Toleranzen
der dabei entstandenen unterschiedlichen Positionen der Koppelelemente,
d.h. des Stößels zu
dem Auslösearm,
entsprechend auszugleichen, um den Auslöseweg optimal auf den Haltemagneten
abzustimmen.
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Ein
Justieren des Abstands zwischen Haltemagnet und Kraftspeicher erfolgt
häufig
durch ein Verstellen der Haltemagnetposition mit Hilfe von Einstellschrauben
oder mit Blechen, die verformt werden können. So ist beispielsweise
aus der Druckschrift
DE
199 10 220 A1 eine Vorrichtung zur Fixierung eines Magnetauslösers in
einem Fehlerstromschutzschalter bekannt, bei dem an dem Gehäuse des
Magnetauslösers
Ohren angebracht sind, die in entgegengesetzte Richtungen, die senkrecht
zum Stößel verlaufen,
vorspringen. Zur Fixierung ist ein Träger vorgesehen, der zwei in
feststehendem Abstand parallel zueinander verlaufende Wände aufweist,
die Ausnehmungen besitzen, in die der Auslöser mit seinen Ohren in Richtung
des Stößels einsetzbar
und einrastbar ist. Die Fixiervorrichtung besitzt einen Steg, der
verformt werden kann, so dass hierdurch eine Feinjustierung des
Magnetauslösers
ermöglicht ist.
Darüber
hinaus ist in dem dort zitierten Stand der Technik eine Fixiervorrichtung
beschrieben, bei der zur Einstellung einer gewissen Vorlaufzeit
zwischen dem Stößel und
dem Hebel ein Auslöser
dadurch justiert werden kann, dass eine Schraube verdreht wird, wodurch
der Abstand zwischen einem Ohr und einer ortsfesten Wandung verkleinert
wird.
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Ferner
ist in der Druckschrift
DE
295 20 288 U1 ein Fehlerstromschutzschalter mit Montageteil beschrieben,
das einen Anlageabschnitt zur Befestigung an einer seitlichen Wand
des Gehäuses,
einen oberen, zum Gehäuseinneren
abgewinkelten Abschnitt zur Lagerung der Klinkenwelle und einen
mittleren Abschnitt mit zum Gehäuseinneren
abgewinkelten Laschen zur zugeordneten Steckaufnahme eines FI/DI-Überstromauslöserhalters
besitzt. Bei dieser Anordnung lassen sich die jeweiligen Teile zusammen
mit einem Kraftspeicher montieren, wobei für beide Schaltgerätetypen
gleiche Teile verwendet werden können.
Besondere Vorzüge
ergeben sich hierdurch auch für
eine Massenfertigung, weil durch den vorgesehenen Aufbau des Montage teils
keine Nachjustierung erforderlich ist. Dies wird durch die Gestaltung
der einzelnen Abschnitte des Montageteils erreicht, so dass der
FI/DI-Auslöser
mit minimaler Toleranz zur Klinkenwelle befestigt werden kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schutzschaltvorrichtung
bereitzustellen, bei der die Justage zwischen dem Haltemagneten
und dem Auslöser
auf einfache Weise erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Schutzschaltvorrichtung mit einem drehbar gelagerten Auslösearm zum
Auslösen
einer Schalteinrichtung und einer von dem Auslösearm getrennten, koaxial gelagerten
Halbwelle, die zum Entklinken der Schalteinrichtung dient, wobei
an der Halbwelle oder dem Auslösearm
eine Exzentereinrichtung zur Einstellung eines Winkels zwischen
der Halbwelle und dem Auslösearm
und zur Kraftübertragung
zwischen beiden angebracht ist.
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Darüber hinaus
ist erfindungsgemäß vorgesehen
ein Verfahren zum Justieren einer Schutzschaltvorrichtung, die einen
Auslösearm
zum Auslösen
einer Schalteinrichtung und eine von dem Auslösearm getrennte Halbwelle zum
Entklinken der Schalteinrichtung aufweist, durch Einstellen eines Winkels
zwischen der Halbwelle und dem Auslösearm mit Hilfe einer Exzentereinrichtung,
die auch zur Kraftübertragung
zwischen beiden dient.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Art
der Justage besteht darin, dass bei der Justage sämtliche
Bauteile- und Montagetoleranzen berücksichtigt werden können.
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Vorzugsweise
besteht die Exzentereinrichtung aus einem Blechteil. Derartige Blechteile
sind robust und einfach herzustellen.
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Die
Exzentereinrichtung kann beispielsweise drehbar an dem Auslösearm gelagert
sein. Selbstverständlich
könnte
man sie auch an der Halbwelle lagern. Zur Lagerung eignet sich in
vorteilhafter Weise ein Zylinderkörper, der mindestens eine axiale
Nut aufweist. In diese Nut kann ein Federelement der Exzentereinrichtung
im ungespannten Zustand hineinreichen. Durch eine geringfügige Drehung
um die Drehachse lässt
sich dieses Federelement gegen den Zylinderkörper vorspannen, indem das
Federelement die Nut verlässt
und gegen die Oberfläche
des Zylinderkörpers
drückt.
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Das
Federelement der Exzentereinrichtung kann als Federblatt ausgestaltet
und gegenüber
dem Zylinderkörper
so ausgerichtet sein, dass es eine Drehung der Exzentereinrichtung
in einer ersten Richtung erlaubt und bei einer Drehung in der entgegengesetzten,
zweiten Richtung in den Zylinderkörper einschneidet. Dies hat
den Vorteil, dass die Exzentereinrichtung nur in einer Richtung
gedreht und in der anderen Richtung trotz eines eventuellen Gegendrucks
ihre Position nicht verändert.
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Die
Halbwelle kann ferner einen Hebel aufweisen, an dem die Exzentereinrichtung
angreift. Durch die Länge
des Hebels lässt
sich die Genauigkeit der Justage variieren.
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Falls
die Exzentereinrichtung mittels einer Feder gegen den Hebel gedrückt wird,
wird auf die Exzentereinrichtung in mehreren Drehstellungen ein Drehmoment
in der zweiten, sperrenden Richtung ausgeübt. Durch den Sperrmechanismus
kann ein ungewolltes Verdrehen der Exzentereinrichtung aufgrund
der Federkraft, wodurch sich eine Dejustage ergeben würde, verhindert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
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1 einen
Auslösemechanismus
einer erfindungsgemäßen Schutzschaltvorrichtung
in einer ersten Exzentereinstellung;
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2 eine
Prinzipskizze zum Justieren eines Auslösearms;
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3 eine
erfindungsgemäße Halbwelle;
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4 einen
erfindungsgemäßen Auslösearm;
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5 eine
erfindungsgemäße Exzentereinrichtung;
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6 eine
Blattfeder; und
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7 den
Auslösemechanismus
in einer zweiten Exzenterstellung.
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Das
nachfolgend näher
geschilderte Ausführungsbeispiel
stellt eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar.
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Ein
aus mehreren Komponenten zusammengesetzter Kraftspeicher 1,
der in 1 dargestellt ist, bringt die Kraft auf, um die
Schaltkontakte (nicht dargestellt) eines Fehlerstromschutzschalters
zu öffnen. Die
Auslösung
bzw. Entklinkung des Kraftspeichers 1 erfolgt mit Hilfe
einer Auslöseeinrichtung 2,
deren Auslösearm 3 um
eine Achse 4 drehbar gelagert ist. Durch einen Stößel 5 eines
Haltemagneten (nicht dargestellt) wird der Auslösearm 3 der Auslöseeinrichtung 2 betätigt.
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Durch
den im Gehäuse
des Fehlerstromschutzschalters montierten und vorgespannten Kraftspeichers 1 wird
die Winkelstellung einer Halbwelle 7, die auch als Verklinkungsteil
bezeichnet werden kann, vorbestimmt. Die um die Achse 4 drehbare Halbwelle 7 dient
zum Ver- und Entklinken des Kraftspeichers 1.
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In 2 ist
der Kraftspeicher 1 von 1 mit einer
Auslöseeinrichtung 2' dargestellt,
wobei der Auslösearm 3' lediglich als
Rechteck schematisch dargestellt ist und den Stand der Technik symbolisiert.
Der Auslösearm 3' ist mit einer
Halbwelle 7' fest verbunden.
Bei dieser einteiligen Konstruktion des Auslösearms 3' und der Halbwelle 7' bewirken die
Toleran zen von Gehäuse
und Kraftspeicherbauteilen eine undefinierte Stellung des Auslösearms 3' zur Position
des Haltemagneten 6 bzw. seines Stößels 5. Demzufolge
ergibt sich zwischen dem Auslösearm 3' und dem Stößel 5 des
Haltemagneten 6 ein unbestimmter Abstand X. Ein zu geringer
Abstand könnte dazu
führen,
dass der Haltemagnet 6 aufgrund des reduzierten Auslösewegs die
notwendige Kraft für
die Entklinkung nicht aufbringen kann. Demgegenüber kann ein zu großer Abstand
X unter Umständen
dazu führen,
dass die Drehung des Auslösearms
durch den Stößel 5 zu
gering ist und der Kraftspeicher 1 nicht entklinkt wird.
Für die
Funktionsfähigkeit
des Fehlerstromschutzschalters ist es somit ausschlaggebend, ob
der Abstand X korrekt eingestellt ist.
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Erfindungsgemäß ist daher
der Auslösearm 3 in
seiner Winkelstellung um die Achse 4 justierbar. Hierzu
ist gemäß dem vorliegenden
Beispiel die Halbwelle 7 von dem Auslösearm 3 getrennt.
Durch diese Aufteilung in zwei Komponenten und gemeinsamer Lagerung
auf einer Achse 4 ist es möglich, den Abstand X zu justieren.
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Die
Halbwelle 7 ist entsprechend 3 hierfür mit einem
Hebel 71 versehen. Der Auslösearm 3 wirkt mit
diesem Hebel 71 zusammen, so dass der Winkel zwischen der
Halbwelle 7 und dem Auslösearm 3 variiert werden
kann. Hierzu besitzt der in 4 dargestellte
Auslösearm 3 einen
Lagerabschnitt 31, an den ein Auslösehebel 32 angeformt
ist. In etwa rechtwinklig zu dem Auslösehebel 32 ist an den
Lagerabschnitt 31 ein Justierabschnitt 33 angeformt.
Gegenüber
dem Lagerabschnitt besitzt der Auslösehebel 32 ferner
einen Auslöseabschnitt 34.
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An
den Justierabschnitt 33 ist ein zylinderförmiger Körper 35 angeformt,
auf dem ein Exzenterelement 8 drehbar gelagert werden kann.
Seine Drehachse ist parallel zu der Drehachse 4. Darüber hinaus
besitzt der zylinderförmige
Körper 35 an
seiner Umfangsfläche
axial verlaufende Nuten 36.
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Das
Exzenterelement 8 gemäß 5 ist
im vorliegenden Beispiel ein Blechteil, das als Exzenterfederscheibe
ausgeformt ist. Es besteht im Wesentlichen aus einem Ring 81,
an den ein Exzenterabschnitt 82 angeformt ist. Der Exzenterabschnitt 82 besteht
aus einem Blechteil, dessen Krümmungsachsen
parallel zur Rotationssymmetrieachse des Rings 81 verlaufen.
An einer ersten Justierstelle 821 hat der Exzenterabschnitt
einen minimalen Radius zur Drehachse des Rings 81. Den
maximalen Radius zur Drehachse hat der Exzenterabschnitt 82 an
der zweiten Justierstelle 822. An die erste Justierstelle 821 des
Exzenterabschnitts 82 ist ein Fortsatz 823 angeformt.
Dieser Fortsatz ist gegenüber
dem Blech des Exzenterabschnitts 82 um mehr als 90 ° in Richtung
zur Drehachse des Rings 81 zurückgebogen. An der diametral
gegenüberliegenden
Stelle ist ein weiterer Fortsatz 824 symmetrisch zu der
Drehachse des Rings 81 an diesen angeformt. Die beiden
Fortsätze 823, 824 sind
an ihrem distalen Ende federn beweglich und ragen in den Innenkreis
des Rings 81.
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Aufgrund
der Nuten 36 in dem zylinderförmigen Körper 35 des Justierabschnitts 33 lässt sich
das Exzenterelement 8 mit seinen Fortsätzen 823 und 824 ohne
Kraftaufwand auf den Zylinderkörper 35 schieben.
Durch Verdrehen des Exzenterelements 8 werden dann die
Fortsätze 823 und 824 vorgespannt, indem
sie sich aus den Nuten 36 bewegen.
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Im
vorliegenden Beispiel lässt
sich das Exzenterelement 8 lediglich gegen den Uhrzeigersinn drehen.
Eine Drehung im Uhrzeigersinn wird dadurch gesperrt, dass die Fortsätze 823 und 824 aufgrund ihrer
Stellung zu dem zylinderförmigen
Körper 35 in diesen
einschneiden, falls eine Drehbewegung in diese Richtung ausgeführt wird.
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Im
eingebauten Zustand entsprechend 1 wird das
Exzenterelement 8, das an dem Justierabschnitt 33 des
Auslösearms 3 gelagert
ist, gegen den Hebel 71 der Halbwelle 7 durch
eine Blattfeder 9 gedrückt.
Diese Blattfeder 9 ist in 6 einzeln dargestellt.
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Die
Justierung erfolgt nun durch Drehen des Exzenterelements 8 um
seine Drehachse. Dadurch verändert
sich der Abstand zwischen dem Hebel 71 und der Drehachse
des Exzenterelements 8. In der 1 und der 7 sind
zwei verschiedene Drehstellungen des Exzenterelements 8 wiedergegeben. Bei
einer Drehposition α1
gemäß 1 ergibt
sich eine Distanz R1 zwischen dem Hebel 71 und der Drehachse
des Exzenterelements 8. Dementsprechend stellt sich zwischen
dem Stößel 5 und
dem Auslöseabschnitt 34 ein
Abstand X1 ein. Durch Drehen des Exzenterelements 8 gegen
den Uhrzeigersinn in eine Drehstellung α2 entsprechend 7 vergrößert sich
die Distanz zwischen Hebel 71 und Exzenterelement 8 auf
R2, so dass der Abstand zwischen dem Stößel 5 und dem Auslöseabschnitt 34 auf
X2 verringert wird.
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Der
Druck des Hebels 71 auf das Exzenterelement 8 durch
die Blattfeder 9 führt
aufgrund der Exzentrizität
zu einem Drehmoment im Uhrzeigersinn. Da jedoch die Fortsätze 823 und 824 eine
Drehung in dieser Richtung hemmen, ist das Exzenterelement 8 in
seiner Drehposition sehr stabil.
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Der
Verstellbereich des Hebels 71 gegenüber dem Justierabschnitt 32 des
Auslösearms 3 ist durch
die Form des Exzenters 8 festgelegt. In diesem Verstellbereich
ist eine kontinuierliche Verstellung und damit eine kontinuierliche
Variation des Abstands des Auslöseabschnitts 34 zu
dem Stößel 5 möglich.
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Der
entsprechend dem oben geschilderten Ausführungsbeispiel gewählte Aufbau
des Auslösemechanismus
eines Fehlerstromschutzschalters hat folgende Vorteile. Zum einen
lässt sich
der Auslösearm 3 aus
Kunststoff und das Exzenterelement 8 aus einem Blech fertigen,
wodurch jeweils einfache Herstellungsprozesse garantiert sind. Für den Justiervorgang
sind zum an deren keine speziellen Werkzeuge erforderlich und er
kann beispielsweise mit Hilfe eines Schraubendrehers, einer Pinzette
oder eines Metallstifts durchgeführt
werden.
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Des
Weiteren hat das Exzenterelement mit seinen Fortsätzen 823 und 824 den
Vorteil, dass eine durch den Hebel 71 ausgeübte Kraft
gegen die Drehrichtung der Exzenterscheibe 8 wirkt und
somit ein ungewolltes Verstellen verhindert werden kann. Ferner
besteht bei dem gewählten
Aufbau der Vorteil, dass die Bauteile nach einer Reparatur wieder
verwendet werden können
und lediglich eine Neujustage durchgeführt werden muss.
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Schließlich kann
in vorteilhafter Weise die Anlegekraft der Blattfeder 9 soweit
reduziert werden, dass diese nur die für das Wiederanlegen der Halbwelle 7 nach
dem Auslösen
des Kraftspeichers erforderliche Kraft erzeugt. Damit wird ein gedämpftes Wiederanlegen
realisiert und die Abnutzung zwischen Klinke und Halbwelle reduziert.