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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Leistungsschalter mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Leistungsschalter werden von der Siemens AG unter den Produktnamen Siemens Leistungsschalter 3AH und 3AE vertrieben. Die vorbekannten Leistungsschalter weisen einen Federspeicherantrieb und eine Handaufzugseinrichtung auf, mit der sich der Federspeicherantrieb spannen lässt. Die Handaufzugseinrichtung umfasst bei diesen vorbekannten Leistungsschaltern eine Handkurbel sowie ein zweistufiges Schneckengetriebe.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Leistungsschalter mit einem manuell spannbaren Federspeicherantrieb anzugeben, der einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, aber dennoch eine Gefährdung von Bedienpersonen im Falle einer Fehlfunktion oder eine Fehlbedienung des Leistungsschalters ausschließt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Leistungsschalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Leistungsschalters sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Handaufzugseinrichtung eine drehbare Rastscheibe, eine neben der Rastscheibe, insbesondere an der Stirnseite der Rastscheibe, angeordnete Rastklinke und eine mit der Rastklinke in Verbindung stehende manuelle Betätigungseinrichtung zum Bewegen der Rastklinke aufweist, die Rastklinke in eine Rastverzahnung der Rastscheibe eingesteuert oder einsteuerbar ist und sich durch ein Betätigen der Betätigungseinrichtung die Rastklinke bewegen und dadurch die Rastscheibe entlang einer vorgegebenen Solldrehrichtung zum Spannen der Feder drehen lässt, und die Rastverzahnung derart asymmetrisch ist, dass eine Kraftübertragung von der Rastklinke auf die Rastscheibe nur entlang der Solldrehrichtung möglich ist und ein Entlangrutschen der Rastscheibe an der Rastklinke erfolgt, wenn sich die Rastscheibe entlang der Solldrehrichtung schneller als die Rastklinke dreht.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Leistungsschalters ist darin zu sehen, dass bei diesem eine Rückwirkung bzw. Rückkopplung auf die Handaufzugseinrichtung und damit auf eine die Handaufzugseinrichtung bedienende Bedienperson ausgeschlossen ist, selbst wenn es zu einer Fehlbedienung oder Fehlfunktion des Leistungsschalters kommen sollte. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Asymmetrie der Rastverzahnung wird sichergestellt, dass die Rastscheibe an der Rastklinke entlangratschen kann, wenn sich die Rastscheibe im Falle einer Fehlfunktion oder Fehlbedienung des Leistungsschalters schneller entlang der Solldrehrichtung dreht als die Rastklinke. Eine Kraftübertragung von der Rastklinke auf die Rastscheibe ist somit nur entlang der Solldrehrichtung möglich, und auch nur dann, wenn sich die Rastklinke bei Betätigung durch die Handaufzugseinrichtung schneller als die Rastscheibe bewegt, also während eines benutzerseitig gewünschten bzw. benutzerseitig herbeigeführten Spannens des Federspeicherantriebs. Im Falle einer Fehlfunktion oder einer Fehlbedienung des Leistungsschalters bzw. im Falle, dass sich die Rastscheibe – aus welchen Gründen auch immer – selbsttätig entlang der Solldrehrichtung dreht, fehlt es an einer Kraftübertragung zwischen Rastklinke und Rastscheibe, so dass eine Bedienperson nicht gefährdet werden kann.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Rastverzahnung der Rastscheibe eine kreisbogenförmige Außenverzahnung ist. Bei dieser Ausgestaltung der Rastscheibe lässt sich erreichen, dass die Rastscheibe nur dann mit der Rastklinke zusammenwirkt, wenn die Feder des Federspeicherantriebs durch Drehen der Rastscheibe entlang der Solldrehrichtung gespannt wird. Während der Entspannungsphase der Feder kann – aufgrund der Kreisbogenförmigkeit der Außenverzahnung – gewährleistet werden, dass die Rastscheibe von der Rastklinke mechanisch getrennt ist und eine Kraftübertragung zwischen diesen beiden Komponenten unterbleibt.
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Vorzugsweise weist der Kreisbogenwinkel einen Winkelwert zwischen (einschließlich) 160° und (einschließlich) 200° auf.
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Bei einer konstruktiv einfachen und damit vorteilhaften Ausgestaltung des Leistungsschalters ist vorgesehen, dass die Rastscheibe drehfest mit einer Schaltwelle des Leistungsschalters verbunden ist, die Feder des Federspeicherantriebs eine Einschaltfeder bildet und ein erster Drehwinkelbereich der Schaltwelle – bei Drehen entlang der Solldrehrichtung – zum Spannen der Feder und ein zweiter Drehwinkelbereich der Schaltwelle – bei Drehen entlang der Solldrehrichtung – zum Entspannen der Feder und zum Einschalten des Leistungsschalters dient.
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Vorzugsweise sind die kreisbogenförmige Außenverzahnung der Rastscheibe und die Rastklinke derart zueinander angeordnet, dass die Rastklinke in die kreisbogenförmige Außenverzahnung eingreift oder eingreifen kann, wenn sich die Schaltwelle in dem ersten Drehwinkelbereich befindet.
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Entsprechend wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die kreisbogenförmige Außenverzahnung der Rastscheibe und die Rastklinke derart zueinander angeordnet sind, dass die Rastklinke außer Eingriff mit der kreisbogenförmigen Außenverzahnung steht, wenn sich die Schaltwelle in dem zweiten Drehwinkelbereich befindet.
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Bezüglich der Ausgestaltung der Handaufzugseinrichtung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese eine um eine feste Wippenachse schwenkbare Wippe aufweist, an der die Rastklinke um eine Schwenkachse schwenkbar gehalten ist, wobei die Schwenkachse parallel zur Wippenachse liegt und im Falle eines Schwenkens der Wippe um die Wippenachse die Schwenkachse der Rastklinke ebenfalls um die Wippenachse gedreht wird.
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Vorzugsweise ist der Schwenkbereich der Rastklinke in Richtung der Rastscheibe (bzw. in Richtung der Schaltwelle) mittels eines Anschlags begrenzt.
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Um eine definierte Position der Rastklinke zu gewährleisten, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Handaufzugseinrichtung eine Positionierfeder umfasst, die eine Federkraft auf die Rastklinke in Richtung auf die Rastscheibe erzeugt.
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Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich die Feder des Federspeicherantriebs bei Rotation der Schaltwelle spannen, wenn ein Federende der Feder des Federspeicherantriebs an der Schaltwelle – bezogen auf die Wellenachse – exzentrisch befestigt ist und die Drehachse der Rastscheibe und die Achse der Schaltwelle identisch sind.
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Vorzugsweise weist der Leistungsschalter eine Rücklaufsperre auf, die ein Drehen der Rastscheibe entgegen der Solldrehrichtung verhindert.
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Die Rücklaufsperre umfasst vorzugsweise ein Zahnrad, das koaxial zu der Rastscheibe drehfest auf der Schaltwelle des Leistungsschalters angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
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1 ein Ausführungsbeispiel für einen elektrischen Leistungsschalter mit einem eine Feder aufweisenden Federspeicherantrieb und einer Handaufzugseinrichtung zum manuellen Spannen der Feder, wobei die 1 den entspannten Zustand der Feder zeigt,
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2–3 das Spannen der Feder gemäß 1 anhand unterschiedlicher Federspannungszustände,
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4 den gespannten Zustand der Feder gemäß 1 und
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5 den Leistungsschalter gemäß 4, also im gespannten Zustand der Feder, in einer anderen Sicht.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt eine Handaufzugseinrichtung 10, die zum Spannen eines Federspeicherantriebs 20 eines im Detail nicht weiter dargestellten elektrischen Leistungsschalters geeignet ist.
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Der Federspeicherantrieb 20 umfasst eine Feder 21, deren in der 1 unteres Federende 21a mittels eines Befestigungsbolzens 22 und eines Exzenterelements 23 exzentrisch an einer Schaltwelle 30 des Leistungsschalters befestigt ist. Das in der 1 obere Federende 21b ist unbeweglich bzw. gehäusefest montiert. Bei der Feder 21 kann es sich beispielsweise um eine Einschaltfeder handeln, deren Federenergie zum Einschalten des Leistungsschalters verwendet wird.
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Zum Spannen der Feder 21 des Federspeicherantriebs 20 wird das untere Federende 21a von der in der 1 gezeigten Position entlang einer Solldrehrichtung S nach unten geschwenkt, indem die Schaltwelle 30 entlang der Solldrehrichtung S gedreht wird.
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Um ein manuelles Spannen der Feder 20 bzw. ein Drehen der Schaltwelle 30 um die Solldrehrichtung S manuell zu ermöglichen, weist die Handaufzugseinrichtung 10 eine manuelle Betätigungseinrichtung 11 in Form einer Stange auf. Die Betätigungseinrichtung 11 ist an einem ersten Wippenende einer Wippe 12 befestigt, die um eine Wippenachse 13 schwenkbar ist. Im Bereich eines zweiten Wippenendes der Wippe 12 ist eine Schwenkachse 14 angeordnet, die eine Rastklinke 15 schwenkbar hält. Die Rastklinke 15 wird mittels einer Positionierfeder 16 auf eine kreisbogenförmige Außenverzahnung 17 einer Rastscheibe 18 gedrückt. Eine Drehfeder 13a dient dazu, die Wippe 12 in eine vorgegebene Ausgangsposition zu drehen, wenn keine manuelle Betätigung vorgenommen wird.
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Die Schwenkachse 14 liegt vorzugsweise parallel zur Wippenachse 13, so dass im Falle eines Schwenkens der Wippe 12 um die Wippenachse 13 die Schwenkachse 14, die die Rastklinke 15 hält, ebenfalls um die Wippenachse 13 gedreht wird.
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Die kreisbogenförmige Außenverzahnung 17 ist asymmetrisch, so dass eine Kraftübertragung von der Rastklinke 15 auf die Rastscheibe 18 nur entlang der Solldrehrichtung S möglich ist und ein Entlangrutschen der Rastscheibe 18 an der Rastklinke 15 erfolgt, wenn sich die Rastscheibe 18 entlang der Solldrehrichtung S schneller als die Rastklinke 15 dreht. Ein solches "schnelleres" Drehen der Rastscheibe 18 relativ zur Rastklinke 15 kann beispielsweise auftreten, wenn ein in der 1 nicht weiter gezeigter Motorantrieb des Leistungsschalters aktiviert wird und die Feder 21 des Federspeicherantriebs 20 zusätzlich mittels des Motorantriebs gespannt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist der Kreisbogenwinkel der kreisbogenförmigen Außenverzahnung 17 einen Wert von ca. 180° auf. Ein solcher Kreisbogenwinkel stellt sicher, dass die Rastklinke 15 mit der Rastscheibe 18 lediglich dann in Eingriff steht, wenn ein Spannen der Feder 21 von dem in der 1 gezeigten ungespannten Zustand durch Drehen der Schaltwelle 30 entlang der Solldrehrichtung S erfolgen soll. Befindet sich die Feder 21 in ihrem gespannten Zustand, den sie – ausgehend von der Darstellung gemäß 1 – durch Drehen der Schaltwelle 30 bzw. durch Drehen der Rastscheibe 18 um 180° erreicht, so verliert die Rastklinke 15 ihren Eingriff mit der Außenverzahnung 17 bzw. mit der Rastscheibe 18, so dass die Handaufzugseinrichtung 10 selbsttätig von dem Federspeicherantrieb 20 getrennt wird.
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Die Handaufzugseinrichtung 10 wird zum Spannen der Feder 21 wie folgt betrieben:
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Die manuelle Betätigungseinrichtung 11 wird in eine oszillierende Bewegung versetzt, durch die die Wippe 12 um die Wippenachse 13 geschwenkt wird. Das Schwenken der Wippe 12 um die Wippenachse 13 führt zu einem Verschwenken der Schwenkachse 14 und somit zu einer Bewegung der Rastklinke 15 tangential entlang der Außenverzahnung 17 der Rastscheibe 18. Während der Bewegungsphase, in der die Rastklinke 15 entlang der Solldrehrichtung S bewegt wird, wird die Rastklinke 15 in die Außenverzahnung 17 kraftübertragend eingreifen und die Rastscheibe 18 entlang der Solldrehrichtung S drehen, wodurch auch die Schaltwelle 30 um die Solldrehrichtung S gedreht wird und die Feder 21 gespannt wird.
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Bei der Rückwärtsbewegung der Rastklinke 15 wird aufgrund der Asymmetrie der Zähne der Außenverzahnung 17 keine Kraftübertragung zwischen der Rastklinke 15 und der Außenverzahnung 17 bzw. der Rastscheibe 18 erfolgen, so dass die Rastklinke 15 auf der Außenverzahnung 17 entlangratschen wird, ohne dabei die Rastscheibe 18 zurückzudrehen.
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Um ein Zurückdrehen der Rastscheibe 18 entgegen der Solldrehrichtung S zuverlässig zu vermeiden, ist der Leistungsschalter gemäß 1 mit einer Rücklaufsperre 40 ausgestattet, die ein Zahnrad 41 umfasst. Das Zahnrad 41 steht mit einem nicht weiter dargestellten Klinkenmechanismus in Verbindung, der ein Drehen des Zahnrads 41 und damit ein Drehen der Schaltwelle 30 ausschließlich in der Solldrehrichtung S erlaubt und ansonsten unterbindet.
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Die 2 zeigt das Drehen der Rastscheibe 18 entlang der Solldrehrichtung S, sobald die manuelle Betätigungseinrichtung 11 betätigt wird und mit dieser durch Schwenken der Wippe 12 die Rastklinke 15 nach vorne gedrückt wird. Es lässt sich erkennen, dass durch das Drehen der Schaltwelle 30 das Federende 21a aufgrund der exzentrischen Befestigung an der Schaltwelle 30 bereits geringfügig nach unten bewegt worden ist.
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Die 3 zeigt einen weiteren Zustand des Federspeicherantriebs 20 während des Spannvorgangs näher im Detail. Man erkennt, dass die Rastklinke 15 in einem mittleren Bereich der Außenverzahnung 17 der Rastscheibe 18 eingreift und die Feder 21 des Federspeichers 20 damit bereits ca. zur Hälfte teilgespannt ist.
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Die 4 zeigt die Feder 21 bzw. den Federspeicherantrieb 20 im vollständig gespannten Zustand. Es lässt sich erkennen, dass die Rastklinke 15 den letzten Zahn der kreisbogenförmigen Außenverzahnung 17 der Rastscheibe 18 erreicht hat und eine weitere oszillierende Bewegung der manuellen Betätigungseinrichtung 11 kein weiteres Spannen der Feder 21 bzw. keine weitere Rotation der Schaltwelle 30 entlang der Solldrehrichtung S hervorrufen kann.
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Zusammengefasst lassen die 1 bis 4 also erkennen, dass ein erster Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30 – bei Drehen entlang der Solldrehrichtung S – zum Spannen der Feder 21 und ein zweiter Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30 zum Entspannen der Feder und zum Einsschalten des Leistungsschalters dient. Der erste Drehwinkelbereich wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 definiert durch die obere Position des Federendes 21a der Feder 21 gemäß 1 und der unteren Position des Federendes 21a der Feder 21 gemäß 4.
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In dem ersten Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30 befindet sich die Außenverzahnung 17 der Rastscheibe 18, wodurch in dem ersten Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30 ein Spannen der Feder 21 mittels der Betätigungseinrichtung 11 bewirkt werden kann. Der zweite Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30 liegt zwischen dem Zustand gemäß 4 und dem Zustand gemäß 1, wenn die Schaltwelle 30 entlang der Solldrehrichtung S weiter gedreht wird. Im zweiten Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30 befindet sich keine Außenverzahnung auf der Rastscheibe 18, so dass die Rastklinke 15 im zweiten Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30 nicht in die Rastscheibe 18 eingreifen kann.
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Um zu verhindern, dass die Rastklinke 15 im zweiten Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30 zu weit in Richtung Schaltwelle 30 schwenken kann, ist die Handaufzugseinrichtung 10 vorzugsweise mit einem Anschlag 19 ausgestattet, der die Schwenkbarkeit der Rastklinke 15 um die Schwenkachse 14 begrenzt. Der Anschlag 19 kann beispielsweise durch ein Langloch 19a und einen Bolzen 19b gebildet sein (vgl. 1).
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Die 5 zeigt den Leistungsschalter gemäß den 1 und 4 nochmals in einer anderen Sicht im gespannten Zustand der Feder 21. Die 5 zeigt somit denselben Zustand der Feder 21 bzw. des Federspeicherantriebs 20 wie die 4.
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Zusammengefasst wird durch die Kreisbogenförmigkeit der Außenverzahnung 17 sichergestellt, dass die manuelle Betätigungseinrichtung 11 ausschließlich im ersten Drehwinkelbereich der Schaltwelle 30, also während der Spannphase, mit der Schaltwelle 30 mechanisch gekoppelt ist und einem Entspannen der Feder 21 beim Weiterdrehen der Schaltwelle 30 entlang der Solldrehrichtung S ausgehend vom gespannten Zustand, wie er in der 4 gezeigt ist, nicht entgegenstehen kann. Die Asymmetrie der Außenverzahnung 17 stellt sicher, dass ein Drehen der Schaltwelle 30 entlang der Solldrehrichtung S unabhängig von einem Betrieb der Handaufzugseinrichtung 10 möglich ist, sei es durch einen Motorantrieb des Leistungsschalters oder einen anderen Eingriff; eine Rückkopplung auf die Betätigungseinrichtung 11 im Falle einer Fehlbedienung des Leistungsschalters wird somit zuverlässig verhindert.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Handaufzugseinrichtung
- 11
- Betätigungseinrichtung
- 12
- Wippe
- 13
- Wippenachse
- 13a
- Drehfeder
- 14
- Schwenkachse
- 15
- Rastklinke
- 16
- Positionierfeder
- 17
- Außenverzahnung
- 18
- Rastscheibe
- 19
- Anschlag
- 19a
- Langloch
- 19b
- Bolzen
- 20
- Federspeicherantrieb
- 21
- Feder
- 21a
- unteres Federende
- 21b
- oberes Federende
- 22
- Befestigungsbolzen
- 23
- Exzenterelement
- 30
- Schaltwelle
- 40
- Rücklaufsperre
- 41
- Zahnrad
- S
- Solldrehrichtung
