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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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In der
US 5436415 A wird eine Blockiervorrichtung offenbart für ein Paar elektrischer Schaltgeräte unter Verwendung eines Stößels. Jeder Stößel kann in den jeweiligen Wirkungsmechanismus der Schaltvorrichtung zum Schließen der Kontakte des elektrischen Schaltgerätes eingreifen und dadurch den Wirkmechanismus blockieren.
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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 dem jeweiligen Schalter zugeordneten Baugruppen 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 Baugruppen 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 Baugruppe in seine Öffnungsposition, insbesondere beim Einschalten dieses Schalters, der Mitnehmer von der Anschlagfläche entfernt, während der Anschlaghebel in seiner Lage am Fixieranschlag verharrt, dass sich dabei der Stößel der anderen Baugruppe 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 Stößel 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 Baugruppe der Vorrichtung in einer räumlichen Darstellung von der Seite gesehen und
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4 die Baugruppe 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 Baugruppe 1l dem linken Schalter und eine dem rechten Schalter zugeordnet ist. Beide Baugruppen 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 Baugruppen 11 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 Worten: 2 zeigt die Baugruppe 1l (korrekt) von oben und die Baugruppe 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 1l 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 entspricht 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 Baugruppe 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 Baugruppen 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 Baugruppe 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 Baugruppe 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 Baugruppe 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 entspricht. 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.
