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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Er
hat einen Hauptstrompfad, in dem sich eine Hauptkontaktstelle befindet,
die ein feststehendes und ein bewegbares Kontaktstück umfasst,
wobei das bewegbare Kontaktstück
an einem in einer ortsfesten Drehachse schwenkbar gelagerten Kontakthebelarm
befestigt ist.
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Weiterhin
hat ein gattungsgemäßer Schalter
einen Nebenstrompfad, in dem sich eine Trennkontaktstelle – auch Nebenkontaktstelle
genannt – befindet,
die ebenfalls ein feststehendes und ein bewegliches Kontaktstück umfasst,
wobei das bewegliche Kontaktstück
an einem in einer ortsfesten Drehachse schwenkbar gelagerten Kontaktträger befestigt
ist, und auf den in einem Kurzschlussfall der Strom von dem Hauptstrompfad
kommutiert wird.
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Ein
solcher gattungsgemäßer Schalter
wird beispielsweise als selektiver Hauptleitungsschutzschalter eingesetzt.
Er umfasst dann noch weitere Baugruppen, insbesondere wenigstens
einen thermischer Überstrom-Auslöser und
einen elektromagnetischen Kurzschlussauslöser.
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Die
Hauptkontaktstelle und die Nebenkontaktstelle sind mit einem Schaltknebel
und mit einem mit seinen einzelnen Komponenten in einer Platinenhalterung
gelagerten Schaltschloss betätigbar.
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Wenn
ein gattungsgemäßer Schalter
als selektiver Hauptleitungsschutzschalter betrieben wird, wird beim
Einschalten zuerst die Trennkontaktstelle und dann die Hauptkontaktstelle
geschlossen. Die zeitliche Abfolge des Schließens der beiden Kontaktstellen
wird dabei über
die Bewegung des Schaltknebels gesteuert. Da diese von einem menschlichen
Bediener ausgeführt
wird, ist sie je nach Person des Bedieners unterschiedlich schnell
und daher sehr schwankend.
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Im
Fehlerfall soll der zeitliche Schaltabstand zwischen der Einschaltung
der Trennkontaktstelle und der Hauptkontaktstelle groß sein,
um zu gewährleisten,
dass nach dem Schließen
der Trennkontaktstelle eine Auslösung
stattfindet, bevor noch die Hauptkontaktstelle schließen konnte.
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Wird
im Normalbetrieb auf Nennstrom geschaltet, dann soll jedoch nach
dem Schließen
der Trennkontaktstelle die Hauptkontaktstelle so schnell geschlossen
werden, dass der thermische Auslöser
im Nebenstrompfad sich nicht bereits so weit erwärmt, das er eine Auslösung herbeiführt.
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Wenn
der Schaltknebel zu langsam betätigt
wird, dann überträgt sich über das
Schaltschloss die geringe Schaltgeschwindigkeit des Schaltknebels
auch auf die Einschaltgeschwindigkeit der Trennkontaktstelle, so
dass es zu einer schleichenden Kontaktgabe und dadurch zu hohem
Abbrand an der Trennkontaktstelle kommen kann.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Schalter
so weiterzuentwickeln, das die Einschaltgeschwindigkeit der Trennkontaktstelle
unabhängig
von der Einschaltgeschwindigkeit des Schaltknebels wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen gattungsgemäßen Schalter
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß also ist
in einer ortsfesten Drehachse ein doppelarmiger Verzögerungshebel
mit einem ersten, schaltgriffseitigen, mit einem Steuerelement des
Schaltknebels zusammenwirkenden Hebelarm, und einem zweiten, kontaktseitigen
Hebelarm, korrespondierend mit der Stellung des Schaltknebels zwischen einer
Ausschalt- und einer Kontaktstellung verschwenkbar gelagert, wobei
die gegenseitige Anordnung von Kontakthebel, Verzögerungshebel
und Schaltknebel mit Steuerelement so eingerichtet ist, dass der
Verzögerungshebel,
mit seinem zweiten Hebelarm den Kontaktträger blockiert und so ein Schließen der
Trennkontaktstelle verhindert ist, bevor der Schaltknebel seine
Mittelposition überschritten
hat, und dass nach Überschreiten
der Mittelposition des Schaltknebels der Verzögerungshebel den Kontaktträger freigibt,
so dass dann der Kontaktträger
unter der Einwirkung der Kontaktschließfeder sprungartig die Trennkontaktstelle
schließt.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Schalter
wird also bei einer Einschaltbewegung des Schaltknebels die Trennkontaktstelle
solange offen gehalten, bis der Schaltknebel eine Mittelposition
erreicht hat, und zwar unabhängig
davon, wie schnell der Bediener den Schaltknebel bewegt. Bei Überschreiten
der Mittelposition erfolgt dann ein sprungartiges Schließen der
Trennkontaktstelle, welches auch wieder unabhängig davon ist, wie schnell
der Bediener den Schaltknebel über
die Mittelposition bewegt. Die Mittelposition des Schaltknebels
ist gewissermaßen
eine Totpunktstellung, bei deren Überschreitung sprungartig der
Kontaktträger
freigegeben und dadurch die Trennkontaktstelle sprungartig geschlossen
wird. Der zeitliche Vorlauf der Trennkontaktstellenschließung zum
Schließen
der Hauptkontaktstelle lässt
sich dabei durch die Festlegung der Mittelposition innerhalb des
Bewegungsweges des Schaltknebels vorbestimmen. Die beschriebenen
Nachteile des Standes der Technik sind bei einem erfindungsgemäßen Schalter
somit überwunden.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat der erste
Hebelarm des Verzögerungshebels
einen Nasenfortsatz, und das Steuerelement an dem Schaltknebel ist
so angeordnet, dass es bei Überschreiten
der Mittelposition des Schaltknebels auf den Nasenfortsatz trifft
und bei weiterem Verschwenken in die Ausschaltposition über diesen
den Verzögerungshebel
in seine Kontaktstellung verschwenkt.
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Das
Steuerelement kann dabei gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
eine bogenförmige
Leiste sein, die an die Innenkontur des Schaltknebels anliegend
so angebracht ist, dass sie vor Erreichen der Mittelposition des
Schaltknebels den Nasenfortsatz nicht berührt und bei Überschreiten
der Mittelposition mit ihrer Flanke mit dem Nasenfortsatz zusammenwirkt.
Durch das Zusammenwirken der Flanke der Leiste mit dem Nasenfortsatz
an dem Verzögerungshebel
wird dieser unmittelbar nach dem Ü berschreiten der Mittelposition
des Schaltknebels in seine Kontaktstellung verschwenkt. Der Verschwenkungsweg
zwischen der Ausschalt- und der Kontaktstellung des Verzögerungshebels
ist dabei sehr gering, und dadurch wird die Kontaktstellung des
Verzögerungshebels
nahezu unabhängig
von der Geschwindigkeit erreicht, mit der der Schaltknebel seine
Mittelposition durchläuft.
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Zur
Freigabe des Kontaktträgers
durch den Verzögerungshebel
in dessen Kontaktstellung sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
vor, dass der Kontaktträger
eine Aussparung aufweist, die so angeordnet ist, dass sie das freie
Ende des zweiten Hebelarmes des Verzögerungshebels in dessen Kontaktstellung
aufnimmt, so dass dadurch die Blockade des Kontaktträgers durch
den Verzögerungshebel
aufgehoben ist. Die Aussparung ist dabei so tief ausgebildet, dass
der Weg, den das freie Ende des zweiten Hebelarmes in ihr zurücklegen
kann, mindestens so groß ist
wie der Abstand zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktstück in der
Position, in der der Kontaktträger
durch den Verzögerungshebel
blockiert ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Verzögerungshebels
in der Platinenhalterung des Schaltschlosses gelagert ist. Dadurch
wird der Aufbau eines erfindungsgemäßen Schalters einfach.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und
weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Anhand
der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und
beschrieben werden.
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Es
zeigen:
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1:
das Schaltschloss eines erfindungsgemäßen Schalters bei geöffneter
Trennkontaktstelle, sowie
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2:
das Schaltschloss eines erfindungsgemäßen Schalters kurz vor dem
sprunghaften Schließen der
Trennkontaktstelle.
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Es
werde zunächst
die 1 betrachtet. Das dort gezeigte Schaltwerk eines
erfindungsgemäßen Schalters
umfasst ein in einer Platinenhalterung, von der in der 1 nur
eine Schaltwerksplatine 14 dargestellt ist, gelagertes
Schaltschloss, welches über
einen mit einem Schaltgriff 23 in Pfeilrichtung P betätigbaren Schaltknebel 24 von
der Ausschaltposition der 1 über die
Mittelposition, hier auch als Sprungposition bezeichnet, gemäß der 2 in
eine Einschaltposition, hier nicht dargestellt, verbracht werden
kann.
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Das
Schaltschloss wirkt dabei auf einen in einer ortsfesten Drehachse 33 gelagerten
Kontaktträger 34, der
an seinem freien Ende einen Kontakthebel 35 mit einem beweglichen
Kontaktstück 36 trägt, welches
zusammen mit einem feststehenden Kontaktstück 38 eine Trennkontaktstelle 37 bildet.
Eine in einem erfindungsgemäßen Schalter
vorhandene und ebenfalls über
das Schaltschloss betätigbare
Hauptkontaktstelle ist hier nicht dargestellt.
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Der
Kontaktträger 34 ist über eine
Kontaktschließfeder 31,
siehe 2, in Schließrichtung
beaufschlagt. In der Ausschaltposition gemäß 1 hält das Schaltschloss
den Kontaktträger 34 entgegen
der Kraftwirkung der Kontaktschließfeder in der Öffnungsposition,
in der das feststehende und das bewegliche Kontaktstück 36, 38 weit
voneinander beabstandet sind.
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In
einer in der Schaltwerksplatine 14 gelagerten ortsfesten
Drehachse 22 ist ein zweiarmiger Verzögerungshebel 19 gelagert.
Das freie Ende von dessen erstem, schaltgriffseitigen Hebelarm 21 liegt
mit einem daran angebrachten Nasenfortsatz 39 an der kreisförmigen Innenfläche des
Schaltknebels 24 an. Dort ist ebenfalls eine kreisbogenförmige Segmentkontur 25 in
Form einer kreisbogenförmigen
Leiste an die Innenfläche des
Schaltknebels 24 angeformt. Zwischen der dem Nasenfortsatz 39 zugewandten
Flanke 40 der Leiste 25 und dem Nasenfortsatz 39 ist
eine freie Strecke X vorhanden, um die der Schaltknebel 24 in
Pfeilrichtung P hin zur Einschaltposition verdreht werden kann,
ohne dass die Flanke 40 der Leiste 25 auf den
Nasenfortsatz 39 trifft.
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Der
erste Hebelarm 21 trägt
an seinem freien Ende weiterhin einen nockenförmigen Ansatz 41,
dessen kreisförmige
Oberflächenkontur
der kreisbogenförmigen
Innenkontur der Leiste 25 angepasst ist. Bei einer Verdrehung
des Schaltknebels 24 in Pfeilrichtung P gleitet somit die
Leiste 25 an dem nockenförmigen Ansatz 41 entlang
und wird durch diesen geführt.
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An
dem zweiten, kontaktseitigen Hebelarm 20 trägt der Verzögerungshebel 19 eine
Haltenase 18.
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Wenn
der Schaltknebel 24 eine Einschaltbewegung in Pfeilrichtung
P vollführt,
so wirkt er mit dem Schaltschloss zusammen, so dass zunächst der
Kontaktträger 34 sich
kontinuierlich in Richtung auf das feststehende Kontaktstück 38 hin
bewegt, bis er mit seinem Rücken 42 an
der Haltenase 18 des zweiten Hebelarmes 20 anschlägt. Eine
weitere Bewegung des Kontaktträgers 34 hin
zur Schließposition
ist dadurch blockiert, das bewegliche Kontaktstück 36 bleibt in einem
Abstand a von dem feststehenden Kontaktstück stehen, siehe 2.
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Der
Auftreffpunkt der Haltenase 18 auf dem Rücken 42 liegt
dabei an einer Kante 43, an der der Rücken 42 des Kontaktträgers 34 in
eine Aussparung 44 übergeht.
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Die
Blockade des Kontaktträgers 34 dauert
so lange, bis der Schaltknebel in seiner Mittelposition gemäß 2 angekommen
ist. Dabei spielt es keine Rolle, Wie schnell der Schaltknebel in
diese Mittelposition verbracht wird.
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In
der Mittelposition stößt die Flanke 40 der
Leiste 25 an den Nasenfortsatz 39 des ersten Hebelarmes 21.
Wenn nun der Schaltknebel 24 über die Mittelposition gemäß der 2 hinaus
weiter in Richtung auf die Einschaltposition hin verschwenkt wird,
so bewegt die Leiste 25 über ihre Flanke 40 im
Zusammenwirken mit dem Nasenfortsatz 39 den Verzögerungshebel 19 weiter
im Uhrzeigersinn.
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Eine
sehr kleine Verdrehung des Verzögerungshebels 19 genügt dabei,
dass die Haltenase 18 in die Aussparung 44 fällt. Wenn
das geschieht, ist die Blockade des Kontaktträgers 34 aufgehoben,
er kann sich, angetrieben durch die Kraft der Kontaktschließfeder 31 weiter
entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung auf die Schließposition
hin bewegen, solange, bis das bewegliche Kontaktstück 36 auf
das feststehende Kontaktstück 38 trifft
und die Trennkontaktstelle 37 somit geschlossen ist. Die
Tiefe der Aussparung 44 ist so bemessen, dass die Haltenase 18 nicht
vor dem Erreichen der Schließposition
wieder am Boden der Aussparung 44 auftreffen kann.
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Wegen
der großen
Kraft der Kontaktschließfeder
31 geschieht
das Schließen
der Trennkontaktstelle
37 nach dem Überschreiten der Mittelposition
des Schaltknebels
24 sehr schnell, gewissermaßen sprungartig. Die
Schließgeschwindigkeit
der Trennkontaktstelle
37 hängt dabei nur von der Federkraft
der Kontaktschließfeder
31 ab,
und nicht von der Verdrehgeschwindigkeit, mit der der Schaltknebel
24 über die
Mittelposition hinweg verdreht wird. Bezugszeichenliste
| 14 | Schaltwerksplatine |
| 18 | Haltenase |
| 19 | Verzögerungshebel |
| 20 | zweiter
Hebelarm |
| 21 | Erster
Hebelarm |
| 22 | Ortsfeste
Drehachse |
| 23 | Schaltgriff |
| 24 | Schaltknebel |
| 25 | Steuerelement,
Segmentkontur |
| 31 | Kontaktschließfeder |
| 33 | Ortsfeste
Drehachse |
| 34 | Kontaktträger |
| 35 | Freies
Ende |
| 36 | Bewegliches
Kontaktstück |
| 37 | Trennkontaktstelle |
| 38 | Feststehendes
Kontaktstück |
| 39 | Nasenfortsatz |
| 40 | Flanke |
| 41 | nockenförmiger Ansatz |
| 42 | Rücken |
| 43 | Kante |
| 44 | Aussparung |