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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gegenseitigen Verriegelung zweier Schalter, insbesondere Leistungsschalter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Für Leistungsschalter-Konfigurationen mit beispielsweise zwei nebeneinander angeordneten Schaltern sind insbesondere als Zubehör gegenseitige Verriegelungen bekannt. Die Schnittstelle zwischen Leistungsschalter und Verriegelung ist dabei häufig durch einen Steuerscheibe-Stößel-Mechanismus ausgebildet. Die Steuerscheibe kann in eine schalterinterne Antriebswelle integriert sein; über sie wird die Verriegelung angetrieben respektive ein Einschalten des Schalters blockiert. Der Stößel taucht dabei in den Leistungsschalter ein und bildet das Verbindungsglied zwischen der internen Steuerscheibe und der externen Verriegelung. Zur gegenseitigen Verriegelung der beiden Schalter werden zwei Stößel verwendet, die in Stößellängsrichtung gegenläufig zueinander bewegbar sind. Beim Einschalten eines Leistungsschalters wird dessen Stößel von der Steuerscheibe über ihre Kontaktflächen aus seiner Nullpunktlage in seine Öffnungsposition aus dem Leistungsschalter herausgedrückt. Gleichzeitig wird der andere Stößel aus seiner Nullpunktlage in den anderen Leistungsschalter hineingedrückt, d. h. in seine Verriegelungsposition verschoben. Hat der Stößel die Verriegelungsposition erreicht, ist der zugehörige Leistungsschalter blockiert, ein Einschalten des Leistungsschalters also nicht mehr möglich.
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Für eine korrekte Funktion ist es erforderlich, dass sich die Kontaktflächen von Steuerscheibe und Stößel jeweils an genau vorgegebenen Positionen befinden. Eine Abweichung ist nur innerhalb enger Toleranzbereiche möglich, was zu einer erheblichen Empfindlichkeit gegenüber Fertigungstoleranzen und Abnutzung führt. Zur Korrektur müssen die Positionen von Steuerscheibe und Stößel jeweils nachjustiert werden.
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In der
DE 19900219 A1 wird eine Vorrichtung zum Verriegeln von mindestens zwei parallelen, mit Verriegelungsöffnungen versehenen, drehbeweglich gelagerten Antriebsachsen offenbart, in die ein axial bewegbares Sperrelement eingreift. Dazu wird das Sperrelement mehrteilig aus relativ gegeneinander verlagerbaren Einzelteilen aufgebaut, die vorzugsweise jeweils mit einem Schalterstellungsanzeigeblech verbunden sind; alternativ ist das Sperrelement einteilig aufgebaut, mit einem querschnittsverengten Ansatzstück an mindestens einem der Enden.
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Die
US 4827089 A beschreibt isolierstoffgekapselte Schalter, welche mit zwei verschiedenen Stromquellen in einer Industrieanlage verbunden sind, und verriegelt werden, um zu verhindern, dass ein Schalter eingeschaltet wird, während der andere Schalter bereits eingeschaltet ist. Die Schalter enthalten eine Isolierstoffkreuzschiene, die in dem Schaltergehäuse drehbar angeordnet ist. Die Verriegelungsanordnung besteht aus einer schwenkbaren Winkelhebelvorrichtung, die zwei drehbar befestigte Isolierstoffzapfen am einen bzw. anderen Ende des Winkelhebels aufweist. Ein entsprechender Nocken, der an der Schalterkreuzschiene angeformt ist, ist an einem der aufrechten Zapfen in Anlage, wenn der Schalter in der ”AUS”-Position ist, und ist von dem aufrechten Zapfen entfernt, wenn der Schalter in seinem ”EIN”-Zustand ist.
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In der
US 4499344 A wird eine Verriegelungsanordnung zwischen angrenzenden Leistungsschaltern beschrieben. Die Verriegelungsanordnung umfasst dazu ein erstes Leistungsschalterverriegelungsmittel innerhalb eines ersten Leistungsschalterraums mit einer ersten Kontaktschiebestange, die sich vom ersten Leistungsschalter erstreckt zum Erfassen, ob die ersten Kontakte des ersten Leistungsschalters offen oder geschlossen sind. Weiter umfasst die Verriegelungsanordnung eine Unterbrecher-Auslösestange und das erste Leistungsschalterverriegelungsmittel im ersten Leistungsschalterraum ist mit einem zweiten Leistungsschalterverriegelungsmittel in einem zweiten Leistungsschalterraum verbunden. Die erste Unterbrecher-Auslösestange dient dem Auslösen des ersten Leistungsschalters, wenn ein Versuch gemacht wird, den ersten Leistungsschalter zu Schließen während der zweite Leistungsschalter bereits geschlossen ist.
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Die
DE 19733720 A1 offenbart eine Verriegelungsvorrichtung für Schaltgeräte mit Schaltwellen, an denen jeweils ein Bedienungshebel angeordnet ist, mit Verriegelungsscheiben und Einschnitten, in denen ein Verriegelungselement zur Blockierung einer Schaltwelle eintauchen kann, und soll auch bei verschweißten Kontakten und anderen Situationen das Einschalten beider Schaltgeräte verhindern. Dies wird dadurch erreicht, dass die Verriegelungsvorrichtung aus zwei Scheibenpaaren mit zwei aufliegenden und gegeneinander drehbaren Verriegelungsscheiben besteht, dass die obere Verriegelungsscheibe fest mit dem Bedienungshebel verbunden ist, während eine untere Verrieglungsscheibe fest mit der Schaltwelle des Schaltgerätes verbunden ist, wodurch eine Relativbewegung zwischen der Schaltachse des Schaltgerätes und dem Bedienungshebel möglich ist, und dass das Verriegelungselement nicht in die Verriegelungsscheiben eintauchen kann, wenn eine Relativbewegung zwischen der oberen und unteren Verriegelungsscheibe eingetreten ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine wartungsfreie Vorrichtung zur gegenseitigen Verriegelung zweier Leistungsschalter vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
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Die Lösung sieht vor, dass jeder Stößel eine in Stößellängsrichtung verlaufende Zahnstange aufweist und die beiden Zahnstangen im Wesentlichen parallel zueinander und einander abgewandt angeordnet sind, dass jede Zahnstange mit einem Zahnrad kämmt, dass die Drehbewegung des einen Zahnrads jeweils durch die Zugkraft eines Seilzugs auf das andere Zahnrad übertragen wird, dass an jedem Zahnrad ein Anschlaghebel drehgelagert ist, der bei in Nullpunktlage befindlichen Stößeln jeweils an einem Fixieranschlag anliegt, dass an jedem Zahnrad ein Mitnehmer fest angeordnet ist, der bei in Nullpunktlage befindlichen Stößeln jeweils an einer am Anschlaghebel ausgebildeten Anschlagfläche anliegt, und dass beim Verschieben eines Stößels aus der Nullpunktlage, insbesondere beim Einschalten eines Schalters, ein Mitnehmer den Anschlaghebel gegen eine elastische Kraft verschwenkt, während sich der andere Mitnehmer durch die Zugkraft des Seilzugs von der Anschlagfläche des Anschlaghebels entfernt, der dabei in seiner Lage am Fixieranschlag verbleibt. Bei korrekter Einstellung des Seilzugs liegen beide Mitnehmer also jeweils an ihrer Anschlagfläche an. Kommt es zu einer Verschiebung aus der Nullpunktlage, so wird einer der beiden Mitnehmer über den Seilzug gegen seinen Anschlaghebel und damit gegen die elastische Gegenkraft gedrückt. Weder die Zahnräder noch der Seilzug kann sich im Ruhezustand, also bei in Nullpunktlage befindlichen Stößeln, bewegen; die Stößel sind in ihrer Nullpunktlage sozusagen gefangen. Im Ruhezustand werden die Stößel von der Verriegelung jeweils in ihrer Nullpunktlage gehalten. Der Fixieranschlag bildet dabei einen mechanischen Anschlag, dessen Position genau definiert und unabhängig von der Elastizitätskonstanten der elastischen Gegenkraft ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die rücktreibende Kraft bei kleinen Auslenkungen aus der Nullpunktlage proportional zur Vorspannung ist und nahezu beliebig gewählt werden kann. Durch die Verwendung eines Fixieranschlages für die elastische Gegenkraft ist es möglich, eine Vorspannung einzustellen und so die Stößelposition im Ruhezustand, also in Nullpunktlage der Stößel, genau festzulegen und zu halten.
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Eine technisch einfache Ausführung sieht vor, dass die elastische Gegenkraft jeweils durch eine Zugfeder erzeugt wird.
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Möglichst wenig verschiedene Teile sind erforderlich, wenn bei in Nullpunktlage befindlichen Stößeln bezogen auf deren Mittenebene die Stößel, die Zahnstangen, die Zahnräder, die Anschlaghebel, die Zugfedern, die Fixieranschläge, die Mitnehmer und die Anschlagflächen spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
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Eine kompakte Ausführung lässt sich erzielen, wenn die Anschlaghebel als Winkelhebel ausgebildet sind und das Zahnrad und der am Zahnrad drehgelagerte Anschlaghebel jeweils eine gemeinsame Drehachse aufweisen.
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Fertigungstoleranzen lassen sich eliminieren, wenn die Länge des Seilzugs einstellbar ist.
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Bei einer technisch einfachen Ausführung wirken die Stößel mit ihren Zahnstangen jeweils mit einer Steuerscheibe des Schalters zusammen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung zur gegenseitigen Verriegelung zweier Schalter mit Schutzabdeckungen,
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2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1 ohne Schutzabdeckungen und
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3 die linke in 2 gezeigte Komponente der Vorrichtung in einer räumlichen Darstellung von der Seite gesehen.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur gegenseitigen Verriegelung zweier Leistungsschalter, im Folgenden Schalter genannt. Von den beiden Schaltern ist in 1 der Einfachheit halber nur die Steuerscheibe 2 gezeigt, die über eine ebenfalls nicht gezeigte Antriebswelle des Schalters um eine Achse 2a verschwenkbar ist.
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Die beiden Schalter werden üblicherweise nebeneinander auf einem entsprechenden Montageblech befestigt. Die – bezogen auf 1 auf der linken Seite gezeigte – Steuerscheibe 2 gehört also zu dem linken Schalter und die rechte Steuerscheibe 2 zu dem rechten Schalter. Die Vorrichtung ist zweikomponentig aufgebaut, eine Komponente 1l ist dem linken Schalter und eine dem rechten Schalter zugeordnet. Beide Komponenten 1l, 1r weisen jeweils einen Rahmen 13 auf, der hier gleichzeitig als Schutzabdeckung 3 fungiert. Sie sind außenseitig auf der Schalterrückseite auf dem Montageblech mittels eines entsprechenden Befestigungsblechs (z. B. Winkelblech) befestigt. 1 zeigt Durchgangslöcher 4 für die Befestigungsschrauben zur Montage der Komponenten 1l, 1r am Befestigungsblech..
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Die Stößel 5 ragen jeweils in den zugehörigen Schalter hinein und wirken dort mit der Steuerscheibe 2 des Schalters zusammen. Verbunden sind die beiden Komponenten 1l und 1r durch einen Seilzug 6, wobei das Seil 6a in beiden Komponenten 1l, 1r über den Umfang eines Kreisscheibensegments 7 geführt sind. Anstelle eines Kreisscheibensegments 7 kann selbstverständlich auch eine Kreisscheibe verwendet werden. Die beiden Enden des Seils 6a sind zur lösbaren Befestigung an den Kreisscheibensegmenten 7 jeweils mit einem Endstück 6b versehen.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung wird nachfolgend anhand von 2 erläutert, welche die Vorrichtung gemäß 1 in einer Draufsicht zeigt, wobei zur Vereinfachung eine Darstellung mit spiegelsymmetrischer Anordnung in Bezug auf die Mittenebene ME gewählt wurde. Mit anderen Worten: 2 zeigt die Komponente 1l (korrekt) von oben und die Komponente 1r aber von unten gesehen.
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2 zeigt, dass die beiden Stößel 5 (im Wesentlichen) parallel zueinander verlaufen und an dem der Steuerscheibe 2 abgewandten Ende 8 als Zahnstangen 9 ausgebildet sind, mit voneinander abgewandten Zähnen 9a. Jede Zahnstange 9 kämmt mit einem Zahnrad 10, das jeweils ein Kreisscheibensegment 7 trägt bzw. an dem das Kreisscheibensegment 7 jeweils drehfest angeordnet ist, wobei die Drehachsen 17 zusammenfallen. Beide Zahnräder 10 sind über den Seilzug 6 miteinander verbunden.
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Die Stößel 5 befinden sich in 2 in ihrer Nullpunktlage, d. h. im Ruhezustand; in 2 sind beide Schalter ausgeschaltet.
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An jedem Zahnrad 10 ist weiter ein als Winkelhebel ausgebildeter Anschlaghebel 11 drehgelagert, der ebenfalls mit dem Zahnrad 10 die gemeinsame Drehachse 17 aufweist, dabei aber unabhängig von diesem verschwenkbar ist. Ein Hebelende 11a ist an einem Ende einer Zugfeder 12 zur Erzeugung einer elastischen Gegenkraft befestigt, deren anderes Ende sich am Rahmen 13 abstützt. Das anderen Hebelende 11b liegt an einem Fixieranschlag 14 in Form eines Rundstifts an, der ebenfalls am Rahmen 13 fest angeordnet ist. Die Anlage am Fixieranschlag 14 erfolgt bei Nullpunktlage der beiden Stößel 5 mit leichter Kraftbeaufschlagung; die Zugfedern 12 sind in 2 vorgespannt (die Zugfedern 12 ziehen den Anschlaghebel 11 gegen den Fixieranschlag 14). Die wirkende Federkraft entspricht der konstruktiv festgelegten Vorspannung. Weiter zeigt 2 zwei an den Zahnrädern 10 fest angeordnete Mitnehmer 15, die an einer Anschlagfläche 16 des Anschlaghebels 11 anliegen, bei den in Nullpunktlage befindlichen Stößeln 5 in 2 ohne Kraftbeaufschlagung, praktisch mit sehr geringer (vernachlässigbarer) Kraft.
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Die Länge des Seils 6a bzw. des Seilzugs 6 entspricht dem Abstand der beiden Zahnräder 10, wobei die Länge zur genauen Einstellung veränderbar ist; sie wird so eingestellt, dass sich die Hebelenden 11b am Fixieranschlag 14 und die Mitnehmer 15 an der Anschlagfläche 16 befinden.
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Wird einer der beiden Stößel 5 von einer Steuerscheibe 2 aus seiner Nullpunktlage ein Stück aus dem Schalter herausgedrückt, bewegt sich der linke Stößel 5 in 2 also nach unten, so wird das zugehörige Zahnrad 10 in Uhrzeigerrichtung gedreht. Das Seil 6a des Seilzugs 6 zwingt dem anderen Zahnrad 10 dabei ebenfalls eine Drehbewegung in Uhrzeigerrichtung auf, indem es in 2 eine Zugkraft nach links erzeugt, wodurch sich der andere Stößel 5 in den Schalter hineinschiebt, bis in seine Verriegelungsposition, in der ein Einschalten des Schalters blockiert ist. Gleichzeitig drückt der Mitnehmer 15 auf der rechten Seite in 2 gegen den Anschlaghebel 11, wodurch dieser verschwenkt und die Zugfeder 12 spannt. Der Anschlaghebel 11 auf der linken Seite verbleibt dabei weiter in seiner Lage am Fixieranschlag 14 anliegend.
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Die Drehbewegung des einen Zahnrads 10 wird hier also jeweils in eine gleich große Drehbewegung des anderen Zahnrads 10 übertragen, wobei die beiden Stößel 5 gegenläufige Stößelbewegungen ausführen.
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3 zeigt die linke Komponente 1l (der 1 und 2) in einer räumlichen Darstellung von der Seite gesehen. Die Wechselwirkung zwischen Steuerscheibe 2 und Stößel 5 erfolgt über schräge Kontaktflächen 18 und 19 am Stößelende bzw. an der Steuerscheibe 2, wobei ein Verschwenken der Steuerscheibe 2 den Stößel 5 beim Einschalten jeweils aus dem Schalter in die Komponente 1l bzw. 1r drückt.
