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Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einem Hilfsschalter, der die Betätigung des Schaltgeräts unterstützt.
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Aus
DE 38 19 935 A1 ist ein Hilfsschalter für ein elektromagnetisches Schaltgerät bekannt, in dem ein Kontaktbrückenträger in einem Gehäuse mittels eines Antriebs entlang einer Bewegungsachse bewegbar aufgenommen ist. Der Kontaktträger ist durch eine Druckfeder lagegesichert, der die Zugkraft des Antriebs bei einer Betätigung entgegen gerichtet wird. Ferner weist der Hilfsschalter zwei Druckfedern auf, die schräg zur Bewegungsachse angeordnet sind und dabei das Prinzip eines zweiarmigen Kniegelenks verwirklichen. Dabei weisen die Druckfedern jeweils eine negative Rückstellfederkraftkennlinie gegen die Zugkraft des Antriebs auf. Die Druckfedern werden bei einer Betätigung des Antriebs verschwenkt, wobei die Federachsen der Druckfedern annähernd senkrecht zur Bewegungsachse des Kontaktbrückenträgers ausgerichtet sind, wenn der Antrieb das Schaltgerät in einer Ein-Stellung hält.
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DE 33 40 904 A1 offenbart eine magnetisch betätigbare Schaltanordnung, die mit einer Rückstellfederanordnung versehen ist, die bezüglich eines magnetisch betätigbaren Ankers eine negative Rückstellfederkraftkennlinie aufweist. Der Anker wird von einem Magneten angezogen um die Schaltanordnung in eine Ein-Stellung zu bringen. Die Rückstellfederanordnung umfasst zwei Druckfedern, die auf den Anker eine Axialkraft entgegen der Zugrichtung des Ankers ausübt. Die Druckfedern sind schwenkbar an einer Gehäuseinnenseite der Schaltanordnung aufgenommen und nehmen in einer Ein-Stellung des Ankers eine nahezu senkrecht Stellung zu einer Verschiebungsachse des Ankers ein. Die auf den Anker wirkenden Rückstellkräfte nehmen in der Ein-Stellung ein Minimum an. Die Anordnung der Druckfedern verwirklicht damit das Prinzip eines Kniegelenkhebels.
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Das Schütz LC1D65 TeSys der Schneider Electric SA weist ein Kniehebelfedersystem auf, bei dem ein Kontaktbrückenträger mit den Rückstellkräften von zwei Hilfsfedern beaufschlagt ist. Der Kontaktträger ist axial beweglich in einem Gehäuse aufgenommen und wird in seinen beiden Endstellungen von den Hilfsfedern stabilisiert. Die Hilfsfedern sind mittels Kunststoffkappen schwenkbar am Gehäuse angeordnet und können bei einer Axialbewegung des Kontaktträgers zu diesem in einem 90°-Winkel stehen. Dadurch wird ein bistabiles Kniehebelfedersystem verwirklicht, das den Kontaktträger in einer Aus-Stellung des Schützes in seiner Lage stabilisiert.
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Ein Nachteil der bekannten Mechanismen besteht darin, dass zum Betrieb des Schaltgeräts ein hoher Energiebedarf erforderlich ist. Es besteht ferner ein Bedarf an leistungsfähigen Schaltgeräten, die präzise mittels eines modularen Hilfsschalterblocks leichtgängig betätigt werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Schaltgerät zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.
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Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Schaltgerät gelöst, das einen Hauptkontaktträger und einen Hilfskontaktträger umfasst, die entlang einer gemeinsamen Hauptachse im Schaltgerät beweglich aufgenommen sind. Der Hauptkontaktträger und der Hilfskontaktträger sind jeweils mit Hauptschaltstücken und Hilfsschaltstücken versehen, die zusammen mit statischen Kontakten den Hauptkontakt und den Hilfskontakt im Schaltgerät herstellen. Der Hauptkontaktträger ist mit einer Rückführkraft einer Rückstellfeder beaufschlagt, die den Hauptkontaktträger in eine Aus-Stellung drückt. Der Hauptkontaktträger ist durch eine Magnetspule in eine Ein-Stellung bewegbar, wobei die Rückführkraft durch die von der Magnetspule ausgeübte Betätigungskraft überstiegen wird. Ferner ist der Hilfskontaktträger in einem Hilfsschalterblock aufgenommen, der auf dem Gehäuse des Schaltgeräts angebracht ist. Zwischen dem Hilfsschaltblock und dem Hilfskontaktträger ist eine Mehrzahl an Hilfsfedern aufgenommen, so dass der Hilfskontaktträger elastisch am Hilfsschalterblock gelagert ist. Die Hilfsfedern weisen jeweils eine Federachse auf, entlang der die Hilfsfeder zusammengedrückt und entspannt wird. Im Bezug auf die jeweilige Federachse sind die Hilfsfedern um die Hauptachse schwenkbar gelagert, so dass der Winkel zwischen der Hauptachse und einer Federachse von der Stellung des Hilfskontaktträgers abhängig ist.
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Der Hilfskontaktträger ist am Hauptkontaktträger angeordnet, so dass eine Bewegung des Hilfskontaktträgers der Bewegung des Hauptkontaktträgers folgt. Im Betrieb des Schaltgeräts wird bei einem Einschaltvorgang der Hauptkontakt geschlossen und bei einem Ausschaltvorgang der Hauptkontakt geöffnet. Durch die verschwenkbare Anordnung der Hilfsfedern üben deren jeweilige Rückstellkräfte der Hilfsfedern auf den Hilfskontaktträger Axialkräfte und Querkräfte aus. Die Axialkräfte sind parallel zur Hauptachse gerichtet, während die Querkräfte senkrecht zur Hauptachse auf den Hilfskontaktträger einwirken. Die aus den einzelnen Hilfsfedern resultierenden Axialkräfte auf den Hilfskontaktträger sind erfindungsgemäß stets so ausgerichtet, dass der Hilfskontaktträger in eine Schließrichtung gedrückt wird. Wird der Hilfskontakt zusammen mit dem Hauptkontakt über eine am Boden des Schaltgeräts befindlichen Magnetspule in Bewegung versetzt, unterstützen die aus den Rückstellkräften resultierenden Axialkräfte die eingeleitete Bewegung. Im erfindungsgemäßen Schaltgerät wird damit in keinem Betriebspunkt durch die Hilfsfedern eine Öffnungsbewegung entgegen der Schließrichtung unterstützt.
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Erfindungsgemäß sind die Hilfsfedern im Hilfsschalterblock derart angeordnet, dass der Winkel zwischen der Hauptachse und einer Federachse in einer Aus-Stellung des Schaltgeräts größer ist als in einer Ein-Stellung des Schaltgeräts. Bei einer Bewegung des Hilfskontaktträgers in eine Öffnungsrichtung vergrößert sich jeweils der Winkel zwischen den Federachsen und der Hauptachse, so dass die in Schließrichtung wirkenden Anteile der Rückstellkräfte der Hilfsfedern geringer werden. Gleichzeitig wird beim Zusammendrücken der Hilfsfeder deren Rückstellkraft erhöht. Infolge der Vergrößerung des Winkels zwischen der Federachse und der Hauptachse führt die Zunahme der Rückstellkraft lediglich zu einer reduzierten Zunahme der in Schließrichtung wirkenden Axialkraft. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Zunahme der Rückstellkraft durch die Vergrößerung des Winkels vollständig ausgeglichen, so dass eine konstante Axialkraft in Schließrichtung wirkt.
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Erfindungsgemäß beträgt die Winkel zwischen den Federachsen und der Hauptachse jeweils zwischen 20° und 50°. Die angestrebte hohe Unterstützung bei einem Betätigen des Schaltgeräts in Schließrichtung, wobei gleichzeitig bei einem Öffnungsvorgang des Schaltgeräts eine abflachende Zunahme der Rückstellkraft der jeweiligen Hilfsfeder einstellt, wird bei diesen Winkelgrößen in besonders vorteilhafter Weise erzielt.
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Beim erfindungsgemäßen Schaltgerät wird damit durch die Anordnung der Hilfsfedern stets die Schließbewegung des Hauptkontaktträgers unterstützt. Die von den Hilfsfedern jeweils ausgeübte Axialkraft erlaubt es, die zur Bewegung des Hauptkontaktträgers erforderliche Betätigungskraft zu verringern, so dass ein Betätigungsvorgang mit reduziertem Energiebedarf durchgeführt werden kann. Der Hilfsfedermechanismus erfordert eine geringe Anzahl an lediglich einfachen Bauteilen, so dass die erfindungsgemäße Lösung in mit geringem Montageaufwand kosteneffizient verwirklicht werden kann.
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Ferner wird eine wirksame Unterstützung eines Betätigungsvorgangs des Hauptkontaktträgers gewährleistet. Gleichzeitig erfolgt bei einem Öffnen des Hauptkontaktes die Zunahme der Axialkraft der Hilfsfedern, die die Rückstellfeder zu überwinden hat, in abgeschwächter Form. Dadurch kann eine Rückstellfeder mit einer reduzierten Federstärke im erfindungsgemäßen Schaltgerät eingesetzt werden. Die Rückstellfeder mit reduzierter Federstärke erlaubt wiederum, die Magnetspule im Schaltgerät energiesparend zu betreiben oder eine kleinere Magnetspule zu verwenden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeweils die Axialkraft, die die Hilfsfedern ausüben, in Abhängigkeit einer Position des Hilfskontaktträgers entlang der Hauptachse veränderlich. Die Anordnung der Hilfsfedern zwischen dem Hilfsschalterblock und dem Hilfskontaktträger führt dazu, dass sich bei einer Bewegung des Hilfskontaktträgers entlang der Hauptachse der Winkel zwischen der Hauptachse und der Federachse ändert. Die Höhe der Axialkraft einer Hilfsfeder ist dabei von der vorliegenden Rückstellkraft der Hilfsfeder und deren Winkel abhängig. Je weiter die Hilfsfeder zusammengedrückt wird, umso höher ist die ausgeübte Rückstellkraft der Hilfsfeder. Je geringer der Winkel zwischen der Federachse und der Hauptachse ist, umso höher ist der Anteil der Rückstellkraft der Hilfsfeder, der als Axialkraft in Schließrichtung wirkt. Dadurch werden zwei Parameter bereitgestellt, über die die Höhe der Axialkraft entlang einer Betätigungsrichtung präzise eingestellt werden kann. Dabei ist in Bezug auf den Hilfskontaktträger eine Kraft-Weg-Kennlinie bereitstellbar, die von einer linearen Kraft-Weg-Kennlinie einer einfachen parallel zum Betätigungsweg eingebauten Feder abweicht. Beim erfindungsgemäßen Schaltgerät unterstützt der Hilfskontaktträger damit bei einem Betätigungsvorgang die Bewegung des Hauptkontaktträgers. Ferner wird bei einem Öffnen des Hauptkontaktträgers der Hilfskontaktträger auch in eine Öffnungsrichtung bewegt. Die Bewegung in Öffnungsrichtung wird durch die Rückstellfeder am Hauptkontaktträger hervorgerufen. Dabei vergrößert sich jeweils der Winkel zwischen der Federachse und der Hauptachse, so dass die in eine Schließrichtung wirkenden Anteile der Rückstellkräfte der Hilfsfedern abnehmen. Dadurch wird ein Öffnungsvorgang an den Hauptkontakten und Hilfskontakten erleichtert, so dass eine Rückstellfeder von reduzierter Federstärke eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es insgesamt, Betätigungsvorgänge an einem Schaltgerät leichtgängiger auszuführen. Vorzugsweise sind beim erfindungsgemäßen Schaltgerät die Hilfsfedern jeweils an einem dem Hilfsschalterblock zugewandten Ende um ein Federlager schwenkbar angeordnet. Das Federlager kann dabei als Kunststoff-Vorsprung ausgebildet sein, an dem einzelne Spiralgänge der Hilfsfeder formschlüssig festgeklemmt sind. Ferner kann das Federlager einstückig an einem Gehäuseteil des Hilfsschalterblocks ausgebildet sein. Die Hilfsfeder ist auf das einstückige Federlager aufgesteckt, so dass ohne weitere Hilfsmittel die Hilfsfedern bei der Montage des Schaltgeräts fixiert werden können. Das einstückige Federlager verhindert ein Verrutschen der Hilfsfeder in eine Position, in der eine Schwenkbewegung bezüglich der Hauptachse blockiert ist. Dadurch wird in einfacher Weise eine stabile Lagerung der Hilfsfedern bereitgestellt, die zuverlässig eine Schwenkbewegung der Hilfsfedern bei einer Bewegung des Hilfskontaktträgers ermöglicht und ohne zusätzliche Fertigungsschritte und ohne zusätzliche Teile montiert werden kann. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist jeweils eine Hilfsfeder auf einem drehbaren Gelenk angeordnet, das dazu ausgebildet ist, eine verrutschsichere Lagerung zu gewährleisten.
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Das erfindungsgemäße Schaltgerät kann ferner mit Hilfsfedern ausgestattet sein, die in identischen Winkeln zwischen den jeweiligen Federachsen und der Hauptachse angeordnet sind. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise durch die Hilfsfedern der Hilfskontaktträger im Hilfsschalterblock mittig geführt. Ferner wird eine Entfaltung der Axialkräfte auf den Hilfskontaktträger erzielt, bei der eine Betätigung des Schaltgeräts in Schließrichtung verwirklicht wird, so dass die Rückstellfeder deutlich kleiner dimensioniert werden kann. Insbesondere wird vermieden, dass sich durch gleichzeitig vorliegende unterschiedlich große Winkel zwischen den Federachsen einzelner Hilfsfedern und der Hauptachse damit unterschiedliche Kraft-Weg-Kennlinien einzelner Hilfsfedern überlagern, so dass insgesamt keine exakte Kraft-Weg-Kennlinie für den Hilfskontaktträger mehr vorliegt. Des Weiteren wird ein einseitiges Anschlagen des Hilfskontaktträgers am Gehäuse vermieden. Ein einseitiges Anschlagen geht mit einem nicht definierten mechanischen Zustand des Hilfskontaktträgers und Abrieb einher.
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In vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Schaltgerät derart ausgebildet sein, dass die Axialkraft einer Hilfsfeder in einer Aus-Stellung ein Minimum aufweist. Gleichermaßen kann das erfindungsgemäße Schaltgerät derart ausgebildet sein, dass das die Axialkraft einer Hilfsfeder ein Maximum aufweist, wenn sich das Schaltgerät in einer Ein-Stellung befindet. Zur Erzielung eines Maximums und/oder Minimums der Axialkraft kann jeweils eine Hilfsfeder mit einer Vorspannung zwischen dem Hilfskontaktträger und dem Hilfsschalterblock aufgenommen sein. Der Hilfskontaktträger weist seitlich mindestens einen Stützabschnitt auf, der gegenüber einer Anschlagfläche angeordnet ist, die fest mit dem Hilfsschalterblock verbunden ist. Die Anschlagfläche ist dazu ausgebildet, die Bewegung des Hilfskontaktträgers in Schließrichtung durch Berühren des mindestens einen Stützabschnitts zu stoppen. Die Lage des Hilfskontaktträgers an der Anschlagfläche definiert damit die Position, in der die Hilfsfedern jeweils ihre maximale Entspannung erreichen. Vorzugsweise sind die Hilfsfedern derart eingebaut, dass in Zustand der maximalen Entspannung weiterhin eine Axialkraft in Schließrichtung ausüben. Die in den Hilfsfedern verbleibende Spannung, wenn der Hilfskontaktträger mit dem mindestens einen Stützabschnitt an der Anschlagfläche anliegt, ist die jeweilige Vorspannung der Hilfsfedern. Vorzugsweise treten bei den unter Vorspannung eingebauten Hilfsfedern Kräfte von 0,4 N bis 0,8 N auf, durch die der Hilfskontaktträger in Schließrichtung gedrückt wird.
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Das erfindungsgemäße Schaltgerät kann ferner Hilfsfedern aufweisen, die jeweils als Schraubenfeder, Tellerfeder oder als Evolutfeder ausgebildet sind. Schraubenfedern stellen zuverlässige und kostengünstige Konstruktionselemente dar, die in einfacher Weise in puncto Federstärke und Federlänge angepasst werden können. Eine Tellerfeder erlaubt es, in axialer Richtung in besonders platzsparender Weise einen Federmechanismus zu verwirklichen, der in der Lage ist, einer hohen Zahl von Betätigungen standzuhalten. Des Weiteren kann eine Tellerfeder eine degressive Kraft-Weg-Kennlinie aufweisen. Hierdurch kann die Wirkung des erfindungsgemäßen Konzepts einer abflachenden Kraft-Weg-Kennlinie am Hilfskontaktträger und dem Hauptkontaktträger bei einem Öffnungsvorgang weitergebildet werden. Eine Evolutfeder ermöglicht es, die erfindungsgemäßen Hilfsfedern kompakt auszubilden. Der in einem Schaltgerät zu Verfügung stehende Bauraum ist gering, so dass mittels einer Evolutfeder das erfindungsgemäße Schaltgerät auch in niedrigen Baugrößen verwirklicht werden kann. Das erfindungsgemäße Schaltgerät ist damit skalierbar und für eine Vielzahl an Einsatzwecken verwendbar. Des Weiteren weisen Evolutfedern eine erhöhte Eigendämpfung auf. Dadurch weist das erfindungsgemäße Schaltgerät eine hohe Schockfestigkeit auf. Die Evolutfeder verhindert somit, dass beim erfindungsgemäßen Schaltgerät durch eine Erschütterung eine nicht bestimmungsgemäße Betätigung, beispielweise ein Öffnen der Hauptkontakte, ausgelöst wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Hilfsfedern baugleich ausgebildet. Unter baugleich ist zu verstehen, dass die Hilfsfedern vom gleichen Grundtyp sind, die gleiche Federstärke haben und im unbelasteten Zustand die gleichen Abmessungen aufweisen. Eine Mehrzahl an baugleichen Federn senkt die Komplexität bei der Herstellung, so dass das erfindungsgemäße Schaltgerät kosteneffizient gefertigt werden kann. Ferner kann durch baugleiche Hilfsfedern eine symmetrische Krafteinwirkung auf den Hilfskontaktträger sichergestellt werden. Dadurch wird der Hilfskontaktträger durch die Hilfsfedern in jedem Betriebszustand des Schaltgeräts mittig im Hilfsschalterblock geführt. Ein Anschlagen, Festklemmen oder Entlangschleifen des Hilfskontaktträgers an einem Gehäuseteil des Hilfsschalterblocks wird somit vermieden und die leichtgängige Bewegbarkeit des Hilfskontaktträgers in jeder Betriebsphase des Schaltgeräts sichergestellt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Hilfsfedern eine Federstärke von 0,12 N/mm bis 0,20 N/mm, besonders bevorzugt 0,16 N/mm auf. Eine derartige Federstärke entlastet die Rückstellfeder, die auf den Hauptkontaktträger einwirkt, und gewährleistet eine hohe Energieersparnis im Betrieb des Schaltgeräts. Ferner gewährleistet eine solche Federstärke, dass die Hilfsfedern mit einer Vorspannung eingebaut werden können, und dabei noch über ausreichende Stabilitätsreserven verfügen, um im Betrieb des Schaltgeräts einer erhöhten Zahl von Lastzyklen standzuhalten.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigt
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1 eine schematische Schnittansicht einer Betätigungsmechanik eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts bei einem Betätigungsvorgang in Schließrichtung;
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2 eine schematische Schnittansicht einer Betätigungsmechanik eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts in einer Aus-Stellung.
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In 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Betätigungsmechanik in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgeräts 10 dargestellt. Das Schaltgerät 10 umfasst einen Hilfsschalterblock 40, der auf einem nicht näher dargestellten Gehäuse des Schaltgeräts 10 angebracht ist. Zum Hilfsschalterblock 40 gehören ein ersten und ein zweites Gehäuseteil 42, 43, die miteinander verbunden sind. Im zweiten Gehäuseteil 43 ist eine Kammer 19 ausgebildet, in der ein Hilfskontaktträger 30 entlang einer Betätigungsrichtung 25 beweglich aufgenommen ist. Ferner umfasst der Hilfsschalterblock 40 eine Frontpartie 41, die im Wesentlichen auf dem ersten Gehäuseteil 42 angebracht ist. Die Frontpartie 41 stellt die Oberfläche des Schaltgeräts 10 dar, die einem Benutzer zugewandt ist. Ferner weist der Hilfsschalterblock 40 einen Schaltkammerboden 29 auf. An einer Oberfläche des zweiten Gehäuseteils 43 ist jeweils einstückig eine Mehrzahl an Federlagern 35 angeformt, die zur Befestigung von Federelementen ausgebildet sind. Die Federlager 35 sind im Wesentlichen dornförmig und verhindern, dass die Hilfsfedern 31, 51 durch eine Krafteinwirkung verrutschen. Die Hilfsfedern 31, 51 sind zwischen dem Hilfskontaktträger 30 und dem zweiten Gehäuseteil 43 des Hilfsschalterblocks 40 aufgenommen. Bei einer Bewegung des Hilfskontaktträgers 30 entlang der Betätigungsrichtung 25 in eine Öffnungsrichtung 45 kommt es zu einer Kompression der Hilfsfedern 31, 51. Dabei steigt die Rückstellkraft 46, 47, die eine Hilfsfeder 31, 51 auf den Hilfskontaktträger 30 ausübt. Die Rückstellkraft 46, 47 ist dabei jeweils parallel zu den Federachsen 33 ausgerichtet, entlang der die Federlänge definiert ist.
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Die Betätigungsbewegung 25 erfolgt im Schaltgerät nach 1 parallel zur Hauptachse 32, entlang der auch ein Hauptkontaktträger 20 im Betrieb des Schaltgeräts 10 bewegt wird. Erreicht der Hauptkontaktträger 20 bei einer Bewegung entlang der Hauptachse 32 in eine Schließrichtung 44 eine Endposition, werden im Schaltgerät 10 nicht näher dargestellte Hauptkontakte geschlossen. Die Bewegung des Hauptkontaktträgers 20 wird durch eine auch nicht näher dargestellte Magnetspule hervorgerufen, die auf den Hauptkontaktträger 20 eine Betätigungskraft 23 in Schließrichtung 44 ausübt. Der Hauptkontaktträger 20 verfügt an einem dem Hilfskontaktträger 30 zugewandtes Ende über eine Koppelfläche 24, die an eine Koppelfläche 21 des Hilfskontaktträgers 30 angrenzt. Ferner ist der Hauptkontaktträger 20 mit der Rückführkraft 38 einer nicht näher dargestellten Rückstellfeder beaufschlagt. Auf den Hilfskontaktträger 30 wird dabei die Summe der Rückstellkräfte 46, 47 der Hilfsfedern 31, 51. Die Hilfsfedern 31, 51 sind verschwenkbar schräg bezüglich des Hilfskontaktträgers 30 angeordnet. Die Hilfsfedern 31, 51 sind dabei jeweils um einen Winkel 34 schräg gestellt, der zwischen den Federachsen 33 und der Hauptachse 32 liegt.
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Der Winkel 34 bestimmt damit die räumliche Ausrichtung der Federachse 33 der jeweiligen Hilfsfedern 31, 51, so dass die Rückstellkräfte 46, 47 genauso wie die Hilfsfedern 31, 51 um den Winkel 34 schräg gestellt sind. Entlang der Betätigungsrichtung 25 bzw. der Hauptachse 32 wirken Anteile der Rückstellkräfte 46, 47, die von den Winkeln 34 abhängig sind, die zwischen den Federachsen 33 und der Hauptachse 32 vorliegen. Die Anteile der Rückstellkräfte 46, 47 der Hilfsfedern 31, 51, die in Schließrichtung 44 wirken, sind die Axialkräfte 36, 56. Die Axialkräfte 36, 56 ergeben sich aus einer vektoriellen Kräftezerlegung der Rückstellkräfte 46, 47. Beim Schaltgerät 10 nach 1 liegt stets eine Axialkraft 36, 56 vor, die den Hilfskontaktträger 30 in die Schließrichtung 44 drückt. Bei einem Schließvorgang des Schaltgeräts 10 durchfährt der Hilfskontaktträger 30 die lichte Höhe eines Betätigungshubs 26, der zwischen einem Anschlussstück 27 des Hilfskontaktträgers 30 und einer Stirnfläche 28 am zweiten Gehäuseteil 42 vorliegt.
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Dabei wird der Winkel zwischen der Hauptachse 32 und den Federachsen 33 verringert. Die Hilfsfedern 31, 51 entspannen dabei und gleichzeitig steigt der Anteil in Schließrichtung 44 wirkende Anteil der Rückstellkräfte 46, 47 der Hilfsfedern 31, 51. Insgesamt nehmen die auf den Hilfskontaktträger 30 wirkendenden Axialkräfte 36, 56 ab. Der Hilfskontaktträger 30 ist ferner mit mindestens einem Stützabschnitt 48 versehen, der im Wesentlichen als Vorsprung ausgebildet ist. Der mindestens eine Stützabschnitt 48 ist gegenüber einer Anschlagfläche 49 angeordnet, die einstückig mit dem Schaltkammerboden 49 ausgebildet ist. Der Hilfskontaktträger 30 durchfährt bei einem Schließen der nicht dargestellten Hauptkontakte die lichte Höhe des Betätigungshubs 26 und schlägt mit dem mindestens einen Stützabschnitt 48 an der Anschlagfläche 49 an, so dass die Bewegung des Hilfskontaktträgers 30 gestoppt wird. Während der Bewegung entlang der Hauptachse 32 wird der Hilfskontaktträger 30 durch die betragsmäßig gleich großen, entgegen gerichteten Querkräfte 37, 57 im Hilfsschalterblock 40 geführt.
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In 2 ist eine schematische Schnittansicht der Betätigungsmechanik des erfindungsgemäßen Schaltgeräts 10 in einer Aus-Stellung dargestellt. Im Einzelnen zeigt 2 einen Hilfsschalterblock 40, der das erste und zweite Gehäuseteil 42, 43 umfasst. Ferner gehört zum Hilfsschalterblock 40 die Frontpartie 41, die einem Benutzer des Schaltgeräts 10 zugewandt ist. Ein Schaltkammerboden 29, der an das zweite Gehäuseteil 43 angrenzt, schließt den Hilfsschalterblock 40 im Wesentlichen gegenüber dem weiteren, nicht näher dargestellten Schaltgerät 10 ab. Auf einer innenliegenden Seite des zweiten Gehäuseteils 43 ist eine Kammer 19 ausgebildet, in der der Hilfskontaktträger 30 aufgenommen ist. Der Hilfskontaktträger 30 ist entlang einer Hauptachse 32 in eine Schließrichtung 44 und eine Öffnungsrichtung 45 beweglich und ist über eine Koppelfläche 24 an seiner Unterseite 39 mit dem Hauptkontaktträger 20 verbunden. Der Hauptkontaktträger 20 weist an einem Ende eine Koppelfläche 24 auf, die benachbart zur Koppelfläche 21 des Hilfskontaktträgers 30 angeordnet ist. Am zweiten Gehäuseteil 43 sind Federlager 35 angeordnet, die dazu dienen, ein Verrutschen der Hilfsfedern 31, 51 bei einer Bewegung des Hilfskontaktträgers 30 zu verhindern. Die Federlager 35 sind einteilig mit dem zweiten Gehäuseteil 43 ausgebildet und weisen im Wesentlichen eine Dorn-Form auf, so dass die Hilfsfedern 31, 51 auf die Federlager 35 aufsteckbar sind. Ferner erlauben die Federlager 35 ein Verschwenken der Hilfsfedern 31, 51 um die Hauptachse 32. Das Verschwenken erfolgt um den Winkel 34, der zwischen der Hauptachse 32 und der jeweiligen Federachse 33 der Hilfsfedern 31, 51 liegt.
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Bei der in 2 dargestellten Aus-Stellung des Hilfskontaktträgers 30 nimmt der Winkel 34 zwischen den Federachsen 33 und der Hauptachse 32 ein Maximum an. Der Hilfskontaktträger 30 ist durch den Hauptkontaktträger 20 mit der Rückführkraft 38 beaufschlagt, die von der nicht näher dargestellten Rückstellfeder ausgeübt wird. Der Rückstellkraft 38 sind die Axialkräfte 36, 56 entgegengesetzt, die aus den Rückstellkräften 46, 47 der Hilfsfedern 31, 51 resultieren. Die Rückstellkräfte 46, 47 wirken parallel zu den Federachsen 33 der jeweiligen Hilfsfedern 31, 51 wobei sich die Axialkräfte 36, 56 aus einer vektoriellen Kräftezerlegung der Rückstellkräfte 46, 47 ergeben. Dabei entspricht der Winkel zwischen der Rückstellkraft 46, 47 und der zugehörigen Axialkraft 36, 56 dem Winkel 34 zwischen der Hauptachse 32 und der jeweiligen Federachse 33. Bei einer Bewegung der Hilfskontaktträger 30 entlang der Betätigungsrichtung 25 aus einer Ein-Stellung in die Aus-Stellung steigen die Rückstellkräfte 46, 47 an.
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Durch die Zunahme des Winkel 34 an der jeweiligen Hilfsfeder 31, 51 nimmt der Anteil der in Schließrichtung 44 wirkenden Axialkräfte 36, 56 an der jeweiligen Rückstellkraft 46, 47 ab. Bei einer Bewegung des Hilfskontaktträgers 30 in eine Öffnungsrichtung 45 nehmen die auf den Hilfskontaktträger 30 einwirkenden Axialkräfte 36, 56 minimal zu und nähern sich dabei einem Grenzwert an. Dadurch wird eine abflachende Kraft-Weg-Kennlinie des Hilfskontaktträgers 30 verwirklicht. Der Grenzwert, dem sich die auf den Hilfskontaktträger 30 einwirkenden Axialkräfte 36, 56 annähern, ist durch die Endposition bestimmt, die der Hilfskontaktträger 30 in der Aus-Stellung einnimmt. Die Endposition ist definiert durch das an den Hilfskontaktträger 30 angeformte Anschlussstück 27, das an eine Stirnfläche 28 im Hilfsschalterblock 40 anschlägt.
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Dabei liegt zwischen der Unterseite 39 des Hilfskontaktträgers 39 und dem Schaltkammerboden 29 ein Abstand vor, der dem Betätigungshub 26 entspricht, der dem maximalen Weg des Hilfskontaktträgers 30 entlang der Betätigungsrichtung 25 entspricht. Die in Schließrichtung 44 gerichteten Axialkräfte 36, 56 sind in der Aus-Stellung geringer als die Rückführkraft 38, so dass der Hilfskontaktträger 30 in der Aus-Stellung gehalten wird. Bei einem Auftreten einer, wie in 1 abgebildeten, magnetisch hervorgerufenen Betätigungskraft 23, erfolgt in der Aus-Stellung durch die Hilfsfedern 31, 51 die maximale Unterstützung der Bewegung des Hilfskontaktträgers 40 in Schließrichtung. Ferner wirken auf den Hilfskontaktträger 30 die Querkräfte 37, 57 ein, die sich wie die Axialkräfte 36, 56 aus einer vektoriellen Kräftezerlegung der Rückstellkräfte 46, 47 der Hilfsfedern 31, 51 ergeben. Die Radialkräfte 37, 57 sind entgegengesetzt ausgerichtet und bewirken, dass der Hilfskontaktträger 30 mittig in der Kammer 19 des Hilfsschalterblocks 40 geführt wird.
