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Die
Erfindung betrifft ein, vorzugsweise mehrpoliges elektrisches Schaltgerät.
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Gemäß den Sicherheitsanforderungen
nach IEC 947 oder EN 60947 darf bei unbestimmtem Funktionsstatus,
insbesondere bei verschweißten Kontakten
der Betätigungshebel
oder die Schaltkulisse eines Schalters nicht in die AUS-Stellung
gebracht werden, damit ein Verriegeln des Schalters mit verschweißten Kontakten
nicht erfolgen kann.
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Es
sind Einrichtungen an elektrischen Schaltern bekannt, bei denen
Sperrmittel bei nicht ordnungsgemäß geöffneten Kontakten und beim
entgegen der Kraftwirkung des Federkraftspeichers stattfindenden
zwangsweisen Überführen des
Antriebshebels in die AUS-Stellung in die Bewegungsbahn der Schaltkulisse
eintreten, so dass der Sicherheitsanforderung entsprochen ist.
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Eine
Einrichtung, die sich in der
DE 19500221 C2 findet, hat folgende Einzelheiten:
zwischen
Schaltkulisse und Schaltwelle sind für die Aktionen AUS-Schalten
und AKTOR-SPANNEN Sperrbauteile vorhanden, die eine Wirkung von
der Schaltkulisse auf die Schaltwelle und zurück übermitteln, derart dass in
einem undefinierten Schalterzustand (insbesondere im Schalterzustand 'Kontakte haften oder
verschweißt') die manuelle Betätigung der
Schaltkulisse in Schalterstellung AUS gesperrt ist. Die Sperrbauteile
vermitteln einen Kraftschluss zwischen Schaltkulisse und der Schaltwelle,
wodurch eine Sperrung der Bewegung der Schaltkulisse stattfindet.
Der mechanische Aufbau dieses Standes der Technik ist allerdings
relativ aufwändig.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, zur Erfülung der vorgenannten Sicherheitsanforderungen eine
Anordnung anzugeben, die zur Verbesserung der Funktion und zu Einsparung
von Bauteilen führt.
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Ausgehend
von einer Anordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe
erfindungsgemäß durch
die Merkmale des unabhängigen
Anspruches gelöst,
während
den abhängigen
Ansprüchen vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
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Für einen
Prüfvorgang
bei haftenden Kontakten soll ein Sperrmechanismus wirksam werden, der
die nicht korrekte Stellung des Schalters zur Anzeige bringt.
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Es
ist der Kern der Erfindung, dass eine Aktionskette durch Sperrbauteile
eingerichtet ist. Die Teile der Aktionskette sind ein um eine Drehachse schwenkbares
Segment und ein das Segment an einen Anschlag im Trägergehäuse rückstellendes
Federelement, wobei das Segment zwei Ecken aufweist, von denen die
erste Ecke in Richtung Schaltkulisse und die zweite Ecke in Richtung
Schaltwelle zeigt.
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An
der Schaltkulisse sind weiterhin eine in Richtung Segment zeigende
Anschlagnase und an der Schaltwelle ein in Richtung Segment zeigender Nocken
ausgebildet, wobei auf der Bewegungsbahn der Schaltkulisse aus einer
durch den undefinierten Schalterzustand bestimmten Lage die Anschlagnase der
Schaltkulisse in Bewegungsbahnrichtung AUS in kraftschlüssigen Kontakt
mit dem Segment gelangt und das Segment gegen die Kraft des Federelements verschwenkt
wird, bis die zweite Segmentecke mit dem Nocken der Schaltwelle
in Kraftschluss gerät, wobei
ein nicht überwindbarer
Haltepunkt (Sperrlage) erreicht wird. Die Bewegung der Schaltkulisse
ist vor Erreichen der Schalterstellung AUS gesperrt.
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Die
Sperrbauteile bilden eine Aktionskette, die mindestens für einen
Pol des Schalters vorhanden ist. Bei einem mehrpoligen Schalter
wird die Aktionskette von einem einzigen Segment von der Schaltkulisse über die
Schaltwelle an alle Kontakte übermittelt.
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Es
ist eine sichtbare und für
den Bediener fühlbare
Sperre vorhanden. Bei fortgesetztem Kraftaufwand – also bei
anhaltender Drehbewegung der Schaltkulisse über den Haltepunkt in Richtung
AUS hinaus – entsteht
ein Drehmoment an der Schaltwelle in Richtung Öffnen der Kontakte. Sollten
die Kontakte nur leicht haften, kann das Drehmoment ausreichen, die
Haftung der Kontakte zu überwinden
und die Kontakte zu lösen.
Bei stark haftenden (verschweißten) Kontakten
reicht das Drehmoment nicht aus, die Kontakte zu lösen. Bei
Nachlassen oder Beendigung des Kraftaufwandes bewegt sich die Schaltkulisse
(durch die Rückstellkraft
der Schlossfeder) zurück
in eine eindeutige Stellung, die anzeigt, dass der Schalter nicht
korrekt ausgeschaltet ist. Die Stellung des Betätigungsgriffs (bei haftenden
Kontakten) nach dem Prüfvorgang
ist die Stellung EIN der Schaltkulisse und eine stabile Lage, unabhängig von
Toleranzen der Bauteile der Schaltermechanik.
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Das
Segment hat im wesentlichen Dreiecksform, wobei der Drehpunkt des
Segments etwa in der einen Ecke des Dreiecks liegt und die anderen
Ecken des Dreiecks die bezeichneten Anschlagecken darstellen. Eine
Kante des Segments dient als Anschlag an einen Vorsprung im Trägergehäuse.
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Die
Anschlagnase der Schaltkulisse kommt kurz vor Ende der Bewegung
der Schaltkulisse in Bewegungsbahnrichtung AUS mit dem Segment (der ersten
Segmentecke) in Kontakt und dreht es um einen kleinen Winkel aus
der Ruhelage in die Sperrlage. Die geometrischen Verhältnisse
können
so bemessen sein, dass der mögliche
Winkelweg des Segments einige Winkelgrade (2 bis 6°) beträgt.
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In
der vorgeschlagenen Anordnung eines elektrischen Schalters haben
die Teile der Sperr-Aktionskette ein vorgegebenes Lage- und Bewegungsverhältnis. Bei
Schaltbewegungen der Schaltkulisse – ohne haftende Kontakte – von der
Schalterstellung EIN nach der Schalterstellung AUS und auch von
der Schalterstellung AUS nach der Schalterstellung EIN ist die Geometrie
und Kinematik der Sperrbauteile (Anschlagnase liegt an Schaltkulisse
an – oder
nicht; Segment liegt an Schaltwellennocken an – oder nicht) derart, dass
bei jeder dieser Schaltbewegungen keine gegenseitige Behinderung
in der Bewegung von Segment und Schaltwelle stattfindet, wie es in
der Sperr-Aktionskette vorgesehen und beabsichtigt ist.
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Bei
dem Schaltvorgang von EIN nach AUS (Kontakte haften nicht) bewegt
sich durch den Kippp-Sprung
die Schaltwelle (der Schaltwellennocken) aus dem Schwenkbereich
des Segments heraus, bevor das Segment betätigt wird. Der Schwenkweg des
Segments ist schon frei, wenn die Schaltkulisse (die Anschlagnase)
in Kontakt mit dem Segment (der ersten Segmentecke) kommt.
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Beim
Schaltvorgang von AUS nach EIN gibt die Schaltkulisse (die Anschlagnase)
das Segment vor Erreichen des Kippp-Punkts frei und die Rückstellkraft
des Federelements bewegt das Segment (die zweite Segmentecke) an
den Gehäuseanschlag. Der
Schwenkweg der Schaltwelle ist frei.
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Als
besonderer Vorteil der Erfindung ist zu bemerken, dass der Bediener
einen optischen Hinweis auf den nicht ordnungsgemäßen Betriebszustand
des Schalters und die Sperre der Schaltkulisse erhält.
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Die
Sperr-Aktionskette ist unabhängig
davon vorhanden, ob der Schalter einpolig oder mehrpolig ausgebildet
ist. In einem mehrpoligen Schalter ist die Schaltwelle einstückig ausgebildet.
An einer solchen Schaltwelle reicht die Ausbildung eines einzigen
Nockens, der dementsprechend mit nur einem Segment wirkverbindend
funktioniert. Die erfindungsgemäße Anordnung
kann unabhängig
von der Polzahl des Schalters eingerichtet sein.
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Weiterhin
kann als eine bevorzugte Form der Erfindung vorgesehen sein, dass
die Anordnung der Sperr-Aktionskette auch bei einem doppelt unterbrechenden
Kontaktsystem vorzunehmen, wo der mindestens eine Kontakt als Drehkontakt
ausgebildet ist.
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Als
besondere Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Sperrbauteile
der Sperr-Aktionskette
in einem als Trenner arbeitenden Schalter auszubilden.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden mit einem Ausführungsbeispiel
anhand von Figuren erläutert.
Sie zeigen im Einzelnen
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1 Stellung
des Schalters "normal
AUS", Kontakte geöffnet, Schaltschloss
ausgelöst,
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2 Stellung
des Schalters AUS, Schaltschloss gespannt,
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3 Stellung
des Schalters "normal
EIN" und
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4 der
Schalter in Stellung EIN, die Kontakte haften, Betätigungsgriff
in Prüfbewegung.
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Die
Figuren zeigen die wesentlichen Teile des Schaltapparats, insbesondere
die Kipp-Punkt-Mechanik.
Jede Einzelheit des elektrischen Schalters ist nicht dargestellt,
so sind die Auslösemecha nik,
die Löschkammer,
das Schaltergehäuse,
die Schalterabdeckung etc. nicht eingezeichnet. Wichtiges Funktionselement
ist ein Anschlag 124 im Trägergehäuse 122, welches mit
dem noch zu beschreibenden Segment 50 (dort die Segmentkante 55)
wechselwirkt. Mit Bezugszeichen 46 ist ein gehäusefester
Anschlag für
das Kniehebelblech 22 eingetragen.
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Das
Kipp-Sprungwerk besteht im wesentlichen aus der Schaltkulisse 40 (41),
dem Stützhebel 35,
dem Kniehebelblech 22, dem Kniehebelteil 24 und
der Schaltwelle 13. Die Schaltkulisse 40 ist im Drehpunkt 33 gehäusefest
gelagert. Am unteren Ende der Schaltkulisse ist eine Achse 34' zum Einhängen des
Kniehebelblechs 22 vorhanden. An dieser Achse 34' greift auch
die Schlossfeder 34 an. Das obere Ende der Schlossfeder 34 ist
in der Schaltkulisse im Punkt 34'' fixiert.
Es können
auch zwei Schlossfedern vorhanden sein, die vor und hinter der Schaltkulisse
eingebaut sind.
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Das
Kniehebelblech 22 ist über
eine Achsverbindung 26 mit dem Stützhebel 35 gelenkig
verbunden. Der Stützhebel
ist rechts (Achse 23) gehäusefest gelagert und greift
links an einer Klein-Kante 36 am Klinkhebel 38 an,
welcher unmittelbar mit dem – nicht
weiter dargestellten – Schaltschloss
in Wirkverbindung steht. In einer konkreten Ausgestaltung können auch
zwei parallel zueinander liegende Kniehebelbleche eingebaut sein.
Mindestens ein Niet 45 liefert noch Stabilität in der
Mechanik. Über
das Kniehebelteil 24 steht das Kniehebelblech 22 (in
Achse 28, und in Achse 30) mit der um Achse 14 gehäusefest
drehbaren Schaltwelle 13 in Funktionszusammenhang. In der
Schaltwelle ist pro Pol des elektrischen Schalters ein Schaltstück 12 drehbar
(um den Drehpunkt 15) gelagert.
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Das
Schaltstück 12 trägt die Kontaktauflage 11,
welche mit dem an einer Stromschiene 20 angeordneten Festkontakt 11' den Kontakt 10 bildet.
Das Schaltstück
ist gegenüber
der Schaltwelle mit einer (nicht eingezeichneten) Druckfeder abgestützt und um
den Durchhub drehbeweglich. In 3 ist der Schalter
in Stellung EIN gezeichnet, wo der Anschlag 17 zwischen
Schaltstück 12 und
Schaltwelle 13 ebenso sichtbar ist. Die Durchhub-Drehbewegung hat
einen Winkelweg DW. Bei verschweißten Kontakten kann die Schaltwelle
um den kleinen Winkel DW angehoben werden. Die Lageunterschiede
zwischen diesen beiden Positionen entsprechen den Unterschieden
in den Darstellungen der Schaltwelle 13 zwischen 3 und 4.
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Im übrigen sind
alle gehäusefesten
Drehpunkte (14, 23, 33, 39, 52)
des Schaltapparats in den Figuren mit einem kräftigen schwarzen Punkt gekennzeichnet.
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1 zeigt
den Schaltapparat in der normalen AUS-Stellung. Das Schaltschloss
hat ausgelöst, der
Kontakt 10 ist geöffnet.
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Die
Kipp-Punkt-Situation der Schaltermechanik ist gegeben, wenn die
Punkte (Achsen) 34'-26-34'' in einer Linie KPLE (in 2)
liegen. In 1 hat die Schaltkulisse die
Kipp-Punkt-Linie-EIN KPLE nach links überschritten, die Schalthebel-Mechanik
hat sowohl den Kontakt 10 als auch das Schaltschloss geöffnet. Mit
der Bewegung des Betätigungsgriffs 41 in
Richtung EIN (Pfeil E in 2) kommt es bei Überschreiten
der Kipp-Punkt-Linie-EIN KPLE zum schlagartigen Kippen der Schaltermechanik,
so dass die Kontakte 11, 11' mit kräftigem Impuls schließen.
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Im
folgenden soll anhand der 2 bis 4 die
Funktion der Sperrmittel beschrieben werden, die bei nicht korrekt
geöffnetem
Kontakt wirksam werden.
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Als
wesentliches Sperrbauteil ist das Segment 50 vorhanden.
Es ist um die gehäusefeste Drehachse 52 schwenkbar
und wird von einer Feder 54 an den Anschlag 124 im
Trägergehäuse 122 rückgestellt.
Die Drehachse 52 des Segments 50 liegt parallel
zur Drehachse der Schaltkulisse 40 und auch parallel zur
Drehachse der Schaltwelle. Die funktionell zusammenwirkenden Teile
Segment, Schaltkulisse 40 und Schaltwelle liegen in einer
Ebene.
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Die
Feder 54 kann eine beliebige, auf Druck auch auf Zug wirkende
Feder sein. Als Drehachse 52 wird in der vorliegenden Anordnung
eine Achse der Schaltschloss-Mechanik in der Schlossplatte eingesetzt,
die im vorliegenden Fall die Achse des Klinkhebels 38 ist.
Der Klinkhebel kann mit der Klink-Kante 36 am Stützhebel 35 verrasten.
Die Klinke 37 gehört zur
(nicht detailliert dargestellten) Auslösemechanik. Im Falle der Auslösung des
Schaltschlosses setzt die Klinke 37 durch Linksdrehung
die Bewegung des Klinkhebels 38 frei, so dass sich die
Verrastung an der Klink-Kante 36 löst und der AUS-Schaltvorgang ablaufen
kann.
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Das
Segment 50 wirkt einerseits mit ihrer ersten Segmentecke 56 mit
der Anschlagnase 42 an der Schaltkulisse 40 und
dem schaltstück-abgewandt angeordneten
Nocken 16 an der Schaltwelle 13 zusammen. Der
Drehpunkt 15 des Schaltstücks liegt in der Schaltwelle 13.
Schaltstück
und Nocken haben dieselbe Drehrichtungsbewegung. Beispielsweise
erfolgt die Bewegung rechtsdrehend beim Schließen und linksdrehend beim Öffnen der
Kontakte. Bei Bewegung der Schaltwelle (mit Schaltstück) in Schließ-Richtung
der Kontakte wird der Nocken 16 hin zur zweiten Segmentecke 58 und
bei Bewegung des Schaltstücks
beim Öffnen
der Kontakte weg von der zweiten Segmentecke 58 bewegt
(Pfeil F in 3). Bei geöffnetem Kontakt 10 steht
der Schaltwellenocken mit Abstand zur zweiten Segmentecke 58.
Es kommt zu keiner Berührung.
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Bei
einer EIN-Schaltbewegung des Bestätigungsgriffs 41 (aus
seiner AUS-Stellung heraus) wird das Segment 50 von der
Anschlagnase 42 der Schaltkulisse angestoßen und
an dem Nocken 16 vorbei geschwenkt. Es ist kein Haltepunkt
in der Bewegung vorhanden.
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Aus
der Stellung AUSGELÖST
heraus kann der Schalter nicht eingeschaltet werden. Dazu muss das
Schaltschloss zuerst gespannt werden. Die Handlung zum Spannen des
Schaltschlosses kommt in 2 zur Darstellung. Die Kontakte
sind in Offen-Stellung. Der Nocken 16 der Schaltwelle steht
in seiner tiefsten Stellung mit Abstand zur zweiten Segmentecke 58.
Mit der Bewegung der Schaltkulisse nach links wird das Schaltschloss
gespannt, wobei das Segment zwar betätigt wird (siehe Pfeil S),
jedoch ungehindert die volle Bewegung vollführen kann.
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2 zeigt
die Lage der Schaltkulisse am Ende des Spann-Vorgangs. Die geometrischen
Gegebenheiten der Anordnung sind so konstruiert, dass der Betätigungsgriff
ca. 20° bis
25° aus
der Senkrechten nach links (in Ansicht der Figur) schwenkbar ist.
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In
dieser Stellung liegt der Angriffspunkt 34'' der
Schlossfeder auf der linken Seite des Kipp-Punktes EIN. Aus dieser
Stellung heraus kann der Schalter eingeschaltet werden, wobei der
Bestätigungsgriff (Handhabe 41)
nach rechts bewegt wird. Die Anschlagnase 42 an der Schaltkulisse 40 gibt
das Segment 50 frei, welches von der Feder 54 an
den Anschlag 124 heran bewegt wird. Die Schaltwelle kann ohne
Berührung
mit dem Segment in Stellung EIN schwenken.
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3 zeigt
die Stellung EIN des Schalters. Der Kontakt ist geschlossen, die
Segmentkante 55 liegt am Anschlag 124 an. Zum
AUS-Schalten muss die Schaltkulisse nach links bewegt werden. Die
Stellung von Schaltwelle und Segment bleibt solange erhalten, bis
der Schalter die Kipp-Punkt-Linie KPLA überschreitet. Nach Überschreiten
des Kipp-Punktes AUS springen das Schaltschloss und die Handhabe ungehindert
in die AUS-Stellung. Bei diesem Schwenk bewegt sich der Schaltwellennocken 16 von
der zweiten Segmentecke 58 weg (siehe Pfeil F). Der Schwenk
der Schaltwelle 16 findet ungehindert statt.
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In 4 ist
die Situation dargestellt, in der die Kontakte 11, 11' haften und
das Schaltschloss ausgelöst
hat und der Schalter manuell AUS geschaltet werden soll. Die Schaltkulisse
ist wird hierfür
nach links bewegt. Eine ähnliche
Situation liegt vor, wenn bei dem Schalter keine Auslösung stattgefunden
hat und der Schalter manuell AUS geschaltet werden soll.
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Durch
die Bewegung der Schaltkulisse nach links könnte die Schaltkulisse in die
AUS-Stellung bewegt werden, wenn nicht der Sperrmechanismus zur Wirkung
kommt.
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Es
liegt eine unkorrekte Schalterstellung AUS vor, die durch die undefinierte
Zwischenstellung des Betätigungsgriffs
angezeigt wird. In dieser Situation wird vom Bediener ein Prüfvorgang
ausgeführt, zu
dem von einer Vorschrift vorgeschlagen wird, für 10 Sekunden den Betätigungsgriff 41 mit
einem von der Gerätegröße abhängigen Kraftaufwand
von beispielsweise 150 N in die AUS-Stellung zu drücken. Bei
einem solchen Vorgang lässt
sich bei der vorliegenden Anordnung der Betätigungsgriff um etwa 10° bis 15° gegen ein
von der Schlossfeder aufgebrachtes Drehmoment nach links bewegen.
Die Größe des rechtsdrehenden
Drehmoments ist gleich der Federkraft der Schlossfeder multipliziert
mit dem Abstand der Punkte 33-28 (Hebelarm des
Drehmoments). Die Prüfbewegung
lässt sich
fortsetzen, bis die Anschlagnase 42 der Schaltkulisse 40 auf
die erste Segmentecke 56 des Segments trifft. Dort wird
das Segment linksdrehend (in Ansicht der Figur) beaufschlagt. Es kommt
dabei zu einem kraftschlüssigen
Kontakt der zweiten Segmentecke 58 mit dem Schaltwellennocken 16.
Die Schaltwelle wird über
den Durchhubwinkel DW (siehe 3) gegen
das festsitzende Schaltstück
gedreht, bis das Drehmoment auf den Bewegtkontakt 11 übermittelt
wird. Der Anschlag des Schaltstücks
nach Durchhub ist mit Bezugszeichen 17 eingetragen. Der
anhaltende Kraftaufwand auf den Betätigungsgriff wird 1:1 an die
Schaltwelle 13 übermittelt.
Wegen des haftenden Bewegtkontakts wird ein Haltepunkt erreicht
und für
den Bediener ist eine fühlbare
Sperre vorhanden.
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Sollten
die Kontakte nur leicht haften, kann der Kraftaufwand ausreichen,
die Haftung der Kontakte zu überwinden
und den Bewegtkontakt 11 vom Festkontakt 11' zu lösen. Bei
stark haftenden (verschweißten)
Kontakten reicht das Drehmoment hierfür nicht aus. Bei Nachlassen
oder Beendigung des Kraftaufwandes bewegt sich die Schaltkulisse
(durch die Rückstellkraft
der Schlossfeder) zurück.
Die danach eingenommene Stellung der Schaltkulisse ist wieder die
Stellung EIN. Somit dieselbe Stellung, wie sie auch bei korrekter
Stellung EIN des Schalters eingenommen wird.
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Die
eindeutige Stellung des Betätigungsgriffs (bei
haftenden Kontakten) nach dem Prüfvorgang
ist die Stellung EIN der Schaltkulisse und eine stabile Lage, unabhängig von
Toleranzen der Bauteile der Schaltermechanik. Der Prüfvorgang
vermittelt dem Bediener die eindeutige Anzeige, dass der Schalter nicht
korrekt ausgeschaltet ist.
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- 122
- Trägergehäuse für Schaltermechanik
- 124
- Anschlag
im Trägergehäuse
- 10
- Kontakt
- 11
11'
- Bewegtkontakt,
Festkontakt
- 12
- Schaltstück
- 13
- Schaltwelle
- 14
- Drehpunkt
Schaltwelle (gehäusefest)
- 15
- Drehpunkt
Schaltstück
an Schaltwelle
- 16
- Nocken
an Schaltwelle
- 17
- Anschlag
in Schaltwelle
- 20
- Stromschiene
- 22
- Kniehebelblech
- 23
- Drehpunkt
Kniehebelblech
- 24
- Kniehebelteil
(Lasche)
- 26
- Drehachse
Kniehebelblech an Stützhebel
- 28
- Drehachse
Kniehebelblech an Kniehebelteil
- 30
- Drehachse
Kniehebelteil an Schaltwelle
- 33
- Drehachse
Schaltkulisse-Kipphebelhalter (gehäusefest)
- 34
- Schlossfeder
- 34'' 34'
- Federaufhängung oben,
unten
- 35
- Stützhebel
- 36
- Klink-Kante
- 37
- Klinke
- 38
- Klinkhebel
- 39
- Achse
(gehäusefest)
für Klinke
- 40
- Schaltkulisse
- 41
- Betätigungsgriff
- 42
- Anschlagnase
an Schaltkulisse
- 45
- Niet
- 46
- gehäusefester
Anschlag
- 50
- Segment
- 52
- Drehachse
Segment
- 54
- Rückstellfeder
- 55
- Segmentkante
für Anschlag 124
- 56
- erste
Segmentecke
- 58
- zweite
Segmentecke
- KPLE
- Kipp-Punkt-Linie
EIN
- KPLA
- Kipp-Punkt-Linie
AUS
- DW
- Durchhubwinkel
- E
- Schaltbewegung
EIN
- P
- Prüfvorgang