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Die
Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter, mit einer vermittels
eines Griffs und eines diesem nachgeordneten Schaltschlosses von einer
AUS-Stellung in eine EIN-Stellung drehbaren Schaltwelle, wobei in
der EIN-Stellung ein mit der Schaltwelle verbundener und mit ihr
bewegbarer Kontakt einen feststehenden Kontakt berührt und
so einen Stromkreis schließt,
und wobei in der EIN-Stellung auf die Schaltwelle durch eine erste
Feder ein ständiges
Drehmoment ausgeübt
wird, dem die Schaltwelle in der EIN-Stellung während der Dauer einer Blockade
durch das Schaltschloss jedoch nicht nachgibt, und das nach einem
Beendigen der Blockade durch das Schaltschloss (bei Betätigung des
Griffs oder Auslösen
eines auf das Schaltschloss einwirkenden Relais) die Schaltwelle
aus der EIN-Stellung in Richtung der AUS-Stellung drängt.
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Die
erste Feder kann eine Zug- oder eine Druckfeder sein. Die Vorspannung
der ersten Feder ist dergestalt, dass das von ihr ausgeübte Drehmoment
ständig
kleiner wird, je weiter sich die Schaltwelle von ein EIN-Stellung
in die AUS-Stellung bewegt. Dies führt gelegentlich zu dem Problem,
dass die AUS-Stellung gar nicht vollständig erreicht wird. Zudem treten
beim Zurückdrehen
der Schaltwelle, bei dem sich der bewegbare Kontakt von dem feststehenden
Kontakt entfernt, Lichtbögen
zwischen den beiden Kontakten auf, die durch die Krafteinwirkung
der Feder unterbrochen werden müssen,
wozu die Kraft der Feder häufig
nicht ausreichend ist.
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Aus
dem
US-Patent 3,735,073 ist
ein Schalter bekannt, bei dem zum Unterstützen eines Verbringens in die
EIN-Stellung ein zusätzliches
Feder-Schließelement
vorgesehen wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs
genannten Gattung derart weiterzubilden, dass die AUS-Stellung zielsicher
erreicht wird und hierbei wirksam Lichtbögen unterbrochen werden.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Gattung
eine zweite Feder umfasst, die die Schaltwelle vollständig in
die AUS-Stellung zurückdrängt. Dadurch,
dass die zweite Feder die Schaltwelle vollständig in die AUS-Stellung drängt, kann
die erste Feder die Schwäche
behalten, aus eigener Kraft die Schaltwelle nicht vollständig in
die AUS-Stellung hinein zu versetzen. Da die zweite Feder die erste
Feder unterstützt,
werden auch wirksam Lichtbögen
unterbrochen.
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Ein
Nachteil der ersten Feder aus dem Stand der Technik ist auch, dass
durch das ständig
von ihr ausgeübte
Drehmoment das Schaltschloss belastet wird. Möchte man eine übermäßige Belastung
des Schaltschlosses vermeiden, so kann man die Anordnung der zweiten
Feder in vorteilhafter Weise so gestalten, dass diese anders wirkt
als die erste Feder und insbesondere nicht stets ein Drehmoment
auf die Schaltwelle ausübt.
Insbesondere kann die Anordnung so aussehen, dass die zweite Feder
an einen mit der Schaltwelle drehbaren Körper derart angreift, dass
sie in der EIN-Stellung kein Drehmoment auf die Schaltwelle ausübt oder
ein dem von der ersten Feder ausgeübten Drehmoment entgegenwirkendes Drehmoment
ausübt
(wobei dieses entgegengesetzte Drehmoment allerdings nicht den Betrag
des von der ersten Feder ausgeübten
Drehmoments erreichen darf, damit das verbleibende Drehmoment ein Verlassen
der EIN-Stellung bewirkt).
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Das
Angreifen der zweiten Feder an dem drehbaren Körper kann ferner dergestalt
sein, dass die zweite Feder nach Einleiten einer Drehung der Schaltwelle
mit dem Körper
und Überschreiten
eines Grenzwinkels, der gegebenenfalls größer als Null ist, ein mit der
Drehung der Schaltwelle wachsendes Drehmoment auf diese ausübt. Durch
dieses wachsende Drehmoment wird kompensiert, dass das von der ersten
Feder ausgeübte
Drehmoment kleiner wird, und das Ziel, die Schaltwelle vollständig in
die AUS-Stellung zu verbringen, wird besonders effektiv erreicht.
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Die
zweite Feder ist beispielsweise an einem in einem Gehäuse des
Fehlerstromschutzschalters fest angebrachten Halter abgestützt und
drückt
einen gegenüber
dem Halter beweglichen Stößel gegen
ein Gegenlager in dem mit der Schaltwelle drehbaren Körper. Bei
geeigneter Platzierung des Gegenlagers kann das Ziel bewirkt werden,
dass in der EIN-Stellung im Wesentlichen kein Drehmoment auf die Schaltwelle
ausgeübt
wird. Dreht sich der Körper, vergrößert sich
der Hebelarm bei fast gleich bleibender, von der zweiten Feder ausgeübter Kraft,
so dass sich das Drehmoment auf den mit der Schaltwelle drehbaren
Körper
und damit auf die Schaltwelle selbst erhöht.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
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1 die
zum Verständnis
der Nachteile eines Fehlerstromschutzschalters des Standes der Technik
zu erläuternden
Bauteile eines solchen Fehlerstromschutzschalters im Schnitt zeigt,
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2 eine
teilweise durchbrochene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters
in seiner EIN-Stellung
veranschaulicht und
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3 den
Fehlerstromschutzschalter aus 2 in seiner
AUS-Stellung veranschaulicht,
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4 das
von den zwei Federn des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters
auf die Schaltwelle ausgeübte
Drehmoment einzeln und in Summe veranschaulicht.
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In
einem Fehlerstromschutzschalter wird über eine in 1 gestrichelt
kreisförmig
dargestellte Schaltwelle 10 ein elektrischer Stromkreis
geschlossen. Mit der Schaltwelle 10 ist hierzu ein Körper 12 verbunden,
an dem ein Hebel 14 ausgebildet ist, der aus elektrisch
leitendem Material besteht. Am Ende des Hebels 14 ist ein
Kontakt 16 ausgebildet. Gegenstück zu dem Kontakt 16 ist
ein fester Kontakt 18, der gegen über dem Gehäuse 20 (in 1 symbolisch dargestellt)
nicht beweglich ist. Der Kontakt 18 ist gehäuseseitig
angeschlossen, und der Kontakt 16 ist über den Hebel 14 und
eine Kupferlitze 22 mit einer Klemme 24 verbunden,
die somit einen weiteren Anschluss darstellt. 1 veranschaulicht
eine Offenstellung, die der AUS-Stellung des Fehlerstromschutzschalters
entspricht. Um in die EIN-Stellung zu gelangen, muss die Schaltwelle 10 gegen
den Uhrzeigersinn gedreht werden, dann bewegt sich der Hebel 14 an
dem Ende mit dem Kontakt 16 nach oben, und der Kontakt 16 wird
gegen den Kontakt 18 gedrückt, so dass der Stromkreis
geschlossen wird. Zum Zurückverbringen
in die AUS-Stellung muss die Schaltwelle dann naturgemäß umgekehrt
gedreht werden, nämlich
im Uhrzeigersinn. Während
das Schalten in die EIN-Stellung durch eine Bedienperson an einem
(in 1 nicht gezeigten) Griff geschieht, der über ein
(nicht gezeigtes) Schaltschloss auf die Schaltwelle 10 einwirkt,
kann das Ausschalten zwar ebenfalls über den Griff erfolgen, aber
auch automatisch durch ein Relais, das auf das Schaltschloss einwirkt,
ausgelöst
werden. Es steht dann keine von einer Bedienperson aufgebrachte
Kraft zur Verfügung,
um die Schaltwelle 10 zu drehen. Zur Bereitstellung eines
hierzu dienenden Drehmoments ist eine Feder 26 vorgesehen.
Diese ist mit einer Seite an dem Gehäuse 20 abgestützt und
greift mit ihrer anderen Seite an einem weiteren, an dem Körper 12 ausgebildeten
Hebel 28 an. Die Feder 26 ist hier als Zugfeder
ausgebildet, eine Ausführungsform
als Druckfeder ist jedoch analog möglich. Die Feder 26 soll
die Kraft aufbringen, die notwendig ist, um die Schaltwelle 10 in
die AUS-Stellung zu bringen. Der Kontakt 16 muss vom Kontakt 18 entfernt
werden. Hierbei möglicherweise
entstehende Lichtbögen müssen unterbrochen
werden. Die von der Feder 26 aufzubringende Kraft ist daher
sehr hoch. Besonders nachteilig ist, dass die Kraft und somit das über den Hebel 28 auf
die Schaltwelle 10 ausgeübte Drehmoment sinkt, je weiter
sich die Schaltwelle 10 im Uhrzeigersinn gedreht hat, weil
sich die Feder 26 dann zunehmend entspannt. Gerade beim
Ende der Bewegung steht somit besonders wenig Drehmoment zur Verfügung, so
dass unter Umständen
die AUS-Stellung gar nicht vollständig erreicht wird. Dämp fend wirken
unter anderem die Kupferlitzen 22. Eine stärkere Ausrichtung
der Feder 26 kann die Nachteile nur bedingt überwinden.
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Die
Erfindung überwindet
diesen Nachteil durch das Bereitstellen einer zusätzlichen,
zweiten Feder, der in den 2 und 3 gezeigten
Druckfeder 30. Gezeigt ist in den 2 und 3 ein
Fehlerstromschutzschalter als Ganzes, der mit 32 bezeichnet
ist. Im Bild oben ist ein eben bereits erwähnter Griff 34 zu
sehen, an dem man erkennen kann, dass 2 die EIN-Stellung
des Fehlerstromschutzschalters veranschaulicht und 3 die
AUS-Stellung. Mithilfe des Griffs 34 wird über ein
auch hier nicht zu sehendes Schaltschloss die Schaltwelle 10 aus 1 gedreht.
In dem in den 2 und 3 nicht
vollständig
einzusehenden unteren Teil seien die Bauelemente 10 bis 28 aus 1 angeordnet.
Zu erkennen sind beispielsweise in 3 der Hebel 14, der
Kontakt 16, der Kontakt 18 und die Kupferlitze 22. Verdeckt
ist der Körper 12 mit
dem Hebel 28 und der Feder 26. Es befindet sich
nämlich
zusätzlich
zu dem Körper 12 an
der Schaltwelle ein weiterer Körper 36, der
die Form einer oben abgerundeten rechteckigen Platte hat. Über diesen
Körper 36 greift
die Druckfeder 30 an der Schaltwelle 10 wie folgt
an: Die Druckfeder 30 stützt sich in den 2 und 3 jeweils oben
an einem Halter 38 ab. Der Halter 38 besteht aus
mehreren Streben, die fest mit dem Gehäuse 20 des Fehlerstromschutzschalters 32 verbunden
sind. Der Halter 38 weist eine Aussparung 40 auf,
durch die ein Stößel 42 geführt ist.
Die Druckfeder 30 umgibt den Stößel 42 über einen
großen
Teil von dessen Längserstreckung
und drückt
auf einen Bund 44, der fest mit dem Stößel 42 verbunden ist.
An dem Bund 44 ist seinerseits ein Lager 46 ausgebildet,
das in einem Gegenlager 48 des plattenförmigen Körpers 36 gelagert
ist. In der EIN-Stellung des Fehlerstromschutzschalters 32 entsprechend 2 drückt das Lager 46 in
das Gegenlager 48 in einem Winkel derart, dass die Kraft
der Druckfeder 30 nahezu geradlinig eine Drehachse 50 der
Schaltwelle 10 durchstößt. In diesem
Fall wäre
das gesamte auf den Körper 36 und
damit die Schaltwelle 10 wirkende Drehmoment gleich 0.
Vor liegend verläuft
die geradlinige Verlängerung 52 der
Achse der Druckfeder 30 und damit die Richtung der Kraft,
die von der Druckfeder 30 ausgeübt, in 2 knapp
links an der Drehachse 50 vorbei, was bedeutet, dass auf
den plattenförmigen
Körper 36,
und damit auf die Schaltwelle 10, ein geringfügiges Drehmoment
in Richtung gegen den Uhrzeigersinn ausgeübt wird. Dieses Drehmoment
wirkt somit leicht gegen die Feder 26, die zwar nur in 1 gezeigt
ist, bei der Ausführungsform
gemäß 2 und 3 jedoch
auch vorhanden ist, so dass die Schaltwelle 10 im Resultat
nicht bewegt wird. Bewegt sich nach Auslösen des Schaltschlosses durch
das (nicht gezeigte) Relais des Fehlerstromschutzschalters 32 (oder
auch beim Einschalten mithilfe des Griffs 34) der Kontakt 16 von
dem Kontakt 18 weg, und dreht sich die Schaltwelle 10 im
Uhrzeigersinn, so dreht sich der Körper 36, und das Gegenlager 48 bewegt sich
mit dem darin lagernden Lager 46 nach rechts. Die in 2 noch
links von der Drehachse 50 gezeigte Gerade 52,
welche die Richtung der Kraftwirkung angibt, durchläuft die
Drehachse 50 dann nach rechts hin, und es wird nunmehr
ein Drehmoment auf den plattenförmigen
Körper 36 ausgebildet,
das zu dem von der Feder 26 über den Hebel 28 auf
die Schaltwelle 10 ausgeübten Drehmoment hinzu tritt. 3 zeigt,
dass sich der Hebelarm mit der Länge
l ständig verlängert hat,
wodurch sich auch das Drehmoment vergrößert, das bekanntlich das Produkt
aus der Kraft F und dem Hebelarm 1 ist. Während das
von der Feder 26 allein ausgeübte Drehmoment tendenziell eher
sinkt, wenn sich die Schaltwelle 10 im Uhrzeigersinn dreht,
steigt das Drehmoment, das von der Druckfeder 30 ausgeübt wird,
sogar an. Dadurch wird sichergestellt, dass die Schaltwelle 10 auf
jeden Fall die in 3 gezeigte AUS-Stellung erreicht
und den Winkel α (siehe 3) überwindet.
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Die
eben verbal beschriebenen Drehmomentverläufe sind in 4 dargestellt.
Jede Kurve gibt ein Drehmoment wieder, und zwar gegenüber dem
hier in willkürlichen
Einheiten angegebenen Drehwinkel der Schaltwelle 10 (und
auch des Körpers 36).
Die Stellung "0" entspricht der AUS-Stellung,
und die Stellung "28" der EIN-Stellung.
Die Kurve 54 stellt das von der Zugfeder 26 allein über den Hebel 28 auf
die Schaltwelle 10 ausgeübte Drehmoment wieder. Da sich
die Zugfeder nach und nach entspannt, wenn von der EIN-Stellung
in die AUS-Stellung übergegangen
wird, sinkt das Drehmoment kontinuierlich, wenn man die Kurve 54 von rechts
nach links betrachtet. Wie die Kurve 56, welche das Drehmoment
wiedergibt, das die Druckfeder 30 ausübt, zeigt, übt die Druckfeder 30,
wie dies auch oben anhand von 2 erläutert war,
in der EIN-Stellung zunächst
ein dem Drehmoment der Zugfeder 26 entgegenwirkendes Drehmoment
aus, das allerdings vom Betrag her deutlich kleiner als selbiges
ist. Wie oben beschrieben, durchläuft die Gerade 52 bei
einer Drehung des plattenförmigen
Körpers 36 die
Drehachse 50. Dies ist genau der Punkt, bei dem das Drehmoment
an der Schaltwelle, das durch die Druckfeder 30 ausgeübt wird,
gleich 0 ist, in 4 ist dies die mit "25" bezeichnete Stellung.
Nachfolgend vergrößert sich
der Hebelarm 1 immer mehr, bis die Situation entsprechend 3 erreicht
ist. In der Kurve 56, steigt dieses Drehmoment also, wenn
man die Kurve 56 von rechts nach links durchläuft, also
wenn der Ausschaltvorgang des Fehlerstromschutzschalters 32 beobachtet
wird.
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Durch
die Druckfeder 30 wird, wie leicht an der das gesamte Drehmoment
darstellenden Kurve 58 zu sehen ist, der Abfall des Drehmoments 54 in Richtung
der AUS-Stellung hin praktisch kompensiert. Das Bereitstellen der
Druckfeder 30 als zweite Feder hat somit zum ersten die
Folge, dass das gesamte Drehmoment deutlich höher ist als das von der Zugfeder 26 allein
aufgebrachte Drehmoment, und dass insbesondere in der Nähe der AUS-Stellung
(in den Kurven 54, 56 und 58 jeweils
nach links hin) das Drehmoment insgesamt noch ausreichend groß bleibt,
und insbesondere nicht wie das von der Zugfeder 26 allein
ausgeübte
Drehmoment stark abfällt.
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Die
Druckfeder 30 liefert also nicht nur einfach ein zusätzliches
Drehmoment, was bereits für sich
vorteilhaft wäre,
sondern durch die vorteilhafte Gestaltung des plattenförmigen Körpers 36 mit
dem Gegenlager 48 für
das Lager 46 wird ein Drehmomentverlauf entsprechend der
Kurve 56 vorgegeben, der insbesondere unterstützend wirkt,
wenn Lichtbögen
zwischen den Kontakten 16 und 18 unterbrochen werden
müssen,
und der auch dafür
sorgt, dass die AUS-Stellung zielsicher erreicht wird.