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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 zwei nebeneinander angeordneten Schaltern sind als Zubehör gegenseitige
Verriegelungen bekannt. Die Schnittstelle zwischen Leistungsschalter
und Verriegelung ist dabei häufig
als Steuerscheibe-Stößel-Mechanismus
ausgebildet, wobei die Steuerscheibe in eine schalterinterne Antriebswelle
integriert sein kann. Über
die Steuerscheibe 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 über
eine mechanische Zwangskopplung in Stößellängsrichtung gegenläufig zueinander
bewegbar sind. Beim Einschalten eines Leistungsschalters wird dessen
Stößel von
der Steuerscheibe aus seiner Nullpunktlage in seine Öffnungsposition
aus dem Leistungsschalter gedrückt.
Durch die Zwangskopplung wird der andere Stößel gleichzeitig 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 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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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 die Vorrichtung aus zwei Komponenten gebildet ist,
die je einen der beiden Stößel umfassen
und jeweils einem Schalter zugeordnet sind, 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, an dem jeweils ein radial
nach außen
verlaufender Hebel angeordnet ist, der jeweils gegen eine am Zahnrad
abgestützte
erste elastische Kraft, insbesondere einer Druckfeder, um die Drehachse
des Zahnrads schwenkbar ist, dass die Hebel der beiden Komponenten
zur Zwangskopplung der Bewegungen über eine Verbindungsstange
gelenkig miteinander verbunden sind, 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,
dass sich beim Verschieben des Stößels der einen Komponente in
seine Öffnungsposition,
insbesondere beim Einschalten dieses Schalters, der Mitnehmer von
der Anschlagfläche
entfernt, während
der An schlaghebel in seiner Lage am Fixieranschlag verharrt, dass
sich dabei der Stößel der
anderen Komponente in seine Verriegelungsposition bis zu einem Anschlag
verschiebt, während
der Mitnehmer den Anschlaghebel gegen eine zweite elastische Kraft,
insbesondere eine Zugfeder, verschwenkt, wobei mit Anschlagen des
Stößels ein
weiteres Verschwenken des Hebels gegen die erste elastische Kraft
erfolgt, während
das Zahnrad, der Anschlaghebel und der Stößel in ihrer Lage verharren.
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Bei
korrekter Einstellung der Verbindungsstange liegen beide Mitnehmer
jeweils an ihrer Anschlagfläche
an. Kommt es zu einer Verschiebung aus der Nullpunktlage, so wird
einer der beiden Mitnehmer über
die Verbindungsstange gegen seinen Anschlaghebel und damit gegen
die elastische Gegenkraft gedrückt.
Weder die Zahnräder
noch die radial nach außen
verlaufenden Hebel können
sich im Ruhezustand, also bei in Nullpunktlage befindlichen Stößeln, bewegen;
die Stößel sind
in ihrer Nullpunktlage gefangen. Im Ruhezustand werden die Stößel also
von der Verriegelung in der Nullpunktlage gehalten. Der Fixieranschlag
bildet dabei einen mechanischen Anschlag, dessen Position genau
definiert und unabhängig
von der Elastizität
der zweiten 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 des Fixieranschlags für
die elastische Gegenkraft ist es möglich, die Vorspannung einzustellen
und so die Stößelposition
im Ruhezustand, also in Nullpunktlage, genau festzulegen und zu
halten.
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Die
erste elastische Kraft ist so ausgelegt, dass der radial nach außen verlaufende
Hebel und das Zahnrad sich quasi so verhalten, als ob beide drehfest
miteinander verbunden wären.
Dies gilt solange keine Gegenkraft wirkt. Hat der andere Stö ßel beim
Einschalten seinen Anschlag erreicht, so dass von da ab eine Gegenkraft
wirksam ist, steht das zugehörige
Zahnrad still, und zwar auch dann, wenn der Hebel solange weiterbewegt
wird, bis der Einschaltvorgang beendet ist. Beim Weiterbewegen drückt der
Hebel die erste elastische Kraft (die Druckfeder) einfach entsprechend
zusammen.
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Bei
einer technisch einfachen Ausführung wirken
die Stößel jeweils
mit einer Steuerscheibe des Schalters zusammen und der Anschlag
ist an der Steuerscheibe ausgebildet.
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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 Winkelhebel jeweils
eine gemeinsame Drehachse aufweisen.
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Fertigungstoleranzen
lassen sich besser eliminieren, wenn die Länge der Verbindungsstange einstellbar
ist.
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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,
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3 die
linke in 2 gezeigten Komponente der Vorrichtung
in einer räumlichen
Darstellung von der Seite gesehen und
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4 die
Komponente der Vorrichtung gemäß 3 in
einer explosionsartigen Darstellung und
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5–7 schematische
Darstellungen von drei wesentlichen Funktionsstellungen der Verriegelung.
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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. Die beiden Schalter sind nebeneinander auf einem Montageblech
befestigt, und zwar auf der Schalterrückseite mittels eines zusätzlichen Befestigungsblechs
(z. B. eines Winkelblechs). 1 zeigt
Durchgangslöcher 4 für die Befestigungsschrauben.
Die – bezogen
auf 1 auf der linken Seite gezeigte – Steuerscheibe 2 gehört zu dem
linken Schalter und entsprechend die rechte Steuerscheibe 2 zu
dem rechten Schalter. Die Vorrichtung ist zweikomponentig aufgebaut,
wobei eine Komponente 1l dem linken Schalter und eine dem rechten
Schalter zugeordnet ist. Beide Komponenten 1l, 1r weisen
jeweils einen Rahmen 13 auf, der hier gleichzeitig als
Schutzabdeckung 3 dient.
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Die
Stößel 5 ragen
jeweils in den zugehörigen
Schalter hinein und wirken dort mit dessen Steuerscheibe 2 zusammen.
Verbunden sind die beiden Komponenten 1l und 1r durch
eine Verbindungsstange 6, die gelenkig mit den Hebelenden
zweier aus der Schutzabdeckung 3 herausragender Hebel 7 verbunden
ist.
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Die
grundsätzliche
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 Wor ten: 2 zeigt
die Komponente 1l (korrekt) von oben und die Komponente 1r aber
von unten gesehen.
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In 2 verlaufen
die beiden Stößel 5 (im Wesentlichen)
parallel zueinander und sind an dem der Steuerscheibe 2 abgewandten
Ende 8 als Zahnstangen 9 ausgebildet, mit voneinander
abgewandten Zähnen 9a.
Jede Zahnstange 9 kämmt
mit einem Zahnrad 10, an dem ein radial nach außen verlaufender
Hebel 7 angeordnet ist. Die Hebelenden sind – wie bereits
in 1 gezeigt – über die
Verbindungsstange 6 gelenkig miteinander verbunden. Die
Stößel 5 befinden
sich in 2 in ihrer Nullpunktlage, d.
h. im Ruhezustand; beide Schalter sind also ausgeschaltet.
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Die
gelenkige Verbindung über
die Verbindungsstange 6 bewirkt eine mechanische Kopplung der
beiden Stößel 5,
bei der diese sich innerhalb eines begrenzten Verschiebungsbereichs
in Stößellängsrichtung
gegenläufig
zueinander bewegen. Die Kopplung in diesem Verschiebungsbereich
entspricht quasi einer Zwangskopplung.
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An
jedem Zahnrad 10 ist weiter ein quasi als Winkelhebel ausgebildeter
Anschlaghebel 11 drehgelagert, der mit dem Zahnrad 10 eine
gemeinsame Drehachse aufweist, aber unabhängig von diesem schwenkbar
ist. Ein Hebelende 11a des Anschlaghebels 11 ist
mit einem Ende einer Zugfeder 12 zur Erzeugung einer elastischen
Gegenkraft verbunden, deren anderes Ende sich am Rahmen 13 abstützt. Das
anderen Hebelende 11b liegt an einem Fixieranschlag 14 in
Form eines Rundstifts an, der 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 leicht
gegen den Fixieranschlag 14). Die wirkende Federkraft ent spricht
einer konstruktiv festgelegten Vorspannung. Weiter zeigt 2 zwei
an den Zahnrädern
fest angeordnete Mitnehmer 15, die jeweils an einer Anschlagfläche 16 des
Anschlaghebels 11 anliegen, bei in Nullpunktlage befindlichen
Stößeln 5 wie
in 2 ohne Kraftbeaufschlagung (oder mit praktisch
vernachlässigbarer Kraft).
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Die
Länge der
Verbindungsstange 6 entspricht dem Abstand der beiden Zahnräder 10,
d. h. die Länge
ist hier gleich dem Abstand gewählt,
wobei die Länge
der Verbindungsstange 6 veränderbar ist. Die Länge wird
so eingestellt, dass sich in Ruhelage 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
der Steuerscheibe 2 aus seiner Nullpunktlage aus dem Schalter
gedrückt,
bewegt sich der linke Stößel 5 in 2 also
nach unten, verbleibt der Anschlaghebel 11 in seiner Lage
am Fixieranschlag 14 anliegend. Der andere Stößel 5 schiebt
sich durch die Kopplung entsprechend in seinen Schalter hinein,
bis er seine Verriegelungsposition ereicht, in der ein Einschalten
dieses Schalters blockiert ist.
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Gleichzeitig
drückt
der Mitnehmer 15 über die
Hebel 7 und die Verbindungsstange 6 auf der rechten
Seite in 2 (rechte Komponente 1r)
den Anschlaghebel 11 gegen die Zugfeder 12, wodurch dieser
verschwenkt und die Zugfeder 12 gespannt wird.
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Bei
in Nullpunktlage befindlichen Stößeln 5 sind
die Stößel 5,
die Zahnstangen 9, die Zahnräder 10, die Hebel 7,
die Anschlaghebel 11, die Zugfedern 12, die Mitnehmer 15 und
die Anschlagflächen 16 bezogen
auf die Mittenebene ME spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet,
wobei die Mittenebene ME senkrecht zur Zeichenebene der 2 in
der Mitte zwischen den beiden Komponenten 1l, 1r und
damit den beiden Stößeln 5 verläuft. Die
Spiegelsymmetrie gilt auch für
die unbeweglich angeordneten Fixieranschläge 14.
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3 zeigt
die linke Komponente 1l in einer räumlichen Darstellung von links
oben gesehen. Die Wechselwirkung zwischen Steuerscheibe 2 und
Stößel 5 erfolgt über 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 und in die Komponente 1l bzw. 1r drückt. 3 zeigt
weiter, dass ein Stößel 5 nur
soweit in Richtung Steuerscheibe 2 verschiebbar ist, bis
er auf einen Anschlag 20 trifft, der hier speziell an der
Steuerscheibe 2 ausgebildet ist. Der Anschlag 20 begrenzt
also den Verschiebungsbereich der Stößel 5.
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Den
am Zahnrad 10 angeordneten Hebel 7 zeigt 4 in
einer explosionsartigen Darstellung. Man erkennt, dass der Hebel 7 gegen
eine am Zahnrad 10 abgestützte Druckfeder 21 als
elastische (Gegen-)Kraft um die Drehachse des Zahnrads 10 schwenkbar
ist. Die Druckfeder 21 ist so ausgelegt, dass der radial
nach außen
verlaufende Hebel 7 und das Zahnrad 10 sich solange
wie eine starre Einheit verhalten (bei der Hebel 7 und
Zahnrad 10 drehfest miteinander verbunden zu sein scheinen),
solange keine Gegenkraft vorhanden ist.
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Erreicht
der Stößel 5 den
Anschlag 20, so bewirkt dieser eine entsprechende Gegenkraft.
Das zugehörige
Zahnrad 10 steht still, es verharrt also jeweils in seiner
Lage, auch wenn der Hebel 7 weiterbewegt wird. Ein Weiterbewegen
erfolgt gegen die Druckfeder 21, die dabei vom Hebel 7 zusammengedrückt wird.
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Beim
Einschalten des einen Schalters wird jeweils der Hebel 7 des
anderen Schalters über
den Winkel hinaus weiterbewegt, bei dem dessen Stößel 5 auf
den Anschlag 20 trifft. Der Einschaltvorgang ist aber erst
abgeschlossen, wenn Stößel vollständig (in seine
Endposition) nach außen
gedrückt
ist.
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5–7 dienen
der Erläuterung
der drei wichtigen Funktionsstellungen und zeigen den Hebel 7,
das Zahnrad 10, die Zahnstange 9, den Stößel 5 und
die Steuerscheibe 2 der rechten Komponente 1r in
einer Draufsicht, wobei der Stößel 5 und
die Steuerscheibe 2 zusätzlich
von der Seite zu sehen sind. Den 5–7 entspricht
korrespondierend dem Einschalten des rechten Schalters, wodurch
in 6 und 7 der Hebel 7 nach
rechts verschwenkt und die Zahnstange 9 nach oben verschoben
wird. In 5 befinden sich der Stößel 5 und
die Steuerscheibe 2 im Ruhezustand, der Stößel 5 in
seiner Nullpunktlage. 6 zeigt den nach rechts verschwenkten
Hebel 7, wobei der Stößel 5 gerade
am Anschlag 20 der Steuerscheibe 2 anliegt. In 7 ist der
Hebel 7 gegen die Druckfeder 21 weiter nach rechts
verschwenkt. Der Stößel 5 liegt
weiter am Anschlag 20 an, Stößel 5 und Zahnrad 10 sind
blockiert, der rechte Schalter ebenfalls.
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5–7 zeigen
anschaulich, dass sich die Kontaktflächen 18, 19 von
Steuerscheibe 2 und Stößel 5 durch
die asymmetrische Hubvergrößerung stärker von
den vorgegebenen Positionen abweichen können, was die Empfindlichkeit
gegenüber
Fertigungstoleranzen und Abnutzung deutlich reduziert. Dabei gilt:
je größer die
Längsbewegung
des Stößels 5 (=
Hub), desto größer wird
die Bandbreite, in welcher sich die Kontaktflächen 18, 19 von
Steuerscheibe 2 und Stößel 5 befinden
dürfen.
Der Hub am Eingang der Verriegelung kann so relativ groß gewählt werden,
während
der Hub am Ausgang der Verriegelung durch den Stößelanschlag genau dem zum Blockieren
benötigten
Hub ent spricht. Der verbleibende Überhub wird von der Druckfeder
aufgenommen. Die Bandbreite wird somit vergrößert, eine Nachjustage entfällt.
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Dies
hat auch den Vorteil, das aufgrund der schalterinternen Platzverhältnisse
der Hub meist nicht beliebig vergrößert werden kann, da der Stößel 5 sonst
z. B. mit der Antriebswelle des Schalters kollidieren würde.