DE102015108129B4

DE102015108129B4 - Schutzschalter mit einfach herzustellender Schaltwelle, Negativform zur Herstellung einer Schaltwelle eines derartigen Schutzschalters und Verfahren zur Herstellung einer Schaltwelle eines derartigen Schutzschalters

Info

Publication number: DE102015108129B4
Application number: DE102015108129.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Heins
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2035-05-23
Also published as: DE102015108632B4; DE102015108129A1; DE102015108632A1

Abstract

Schutzschalter (1), umfassend ein Gehäuse (2), eine darin gelagerte Schaltwelle (7), einen mit Hilfe einer offenen Lagerschale (17) in der Schaltwelle (7) drehbar gelagerten Kontaktarm (8), eine in der Schaltwelle (7) verschiebbar gelagerte und auf den Kontaktarm (8) direkt oder indirekt wirkende Druckvorrichtung (12), sowie eine in der Schaltwelle (7) gelagerte und auf die Druckvorrichtung (12) wirkende Druckfeder (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (17) in Bezug auf eine Verschieberichtung der Druckvorrichtung (12) frei von Hinterschneidungen zur Druckvorrichtung (12) hin offen ist und der Kontaktarm (8) alleine durch die Druckvorrichtung (12) und die auf die Druckvorrichtung (12) wirkende Druckfeder (14) in der Lagerschale (17) gehalten ist, wobei der Kontaktarm (8) alleine durch Kräfte (F_A, F_B, F_F, F_K, F_L) in der Lagerschale (17) gehalten ist, die von der Druckfeder (14) hervorgerufen sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter, umfassend ein Gehäuse, eine darin (drehbar) gelagerte Schaltwelle, einen mit Hilfe einer offenen Lagerschale in der Schaltwelle drehbar gelagerten Kontaktarm, eine in der Schaltwelle verschiebbar gelagerte und auf den Kontaktarm direkt oder indirekt wirkende Druckvorrichtung, sowie eine in der Schaltwelle gelagerte und auf die Druckvorrichtung wirkende Druckfeder. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Negativform zur Herstellung einer Schaltwelle eines derartigen Schutzschalters, welche mehrere gegeneinander verschiebbare Formteile umfasst. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltwelle eines solchen Schutzschalters mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens.
STAND DER TECHNIK
Recht häufig weist ein Schutzschalter einen Kontaktarm mit einer gesonderten Achse auf, welche in einer geschlossenen Lagerschale drehbar gelagert ist. Das heißt, an der Lagerstelle ist die Achse allseitig von einem Lager umgeben, beziehungsweise bildet die Lagerschale eine geschlossene Kurve. Ein Beispiel für eine solchen Schutzschalter ist in der DE 33 47 120 A1 offenbart. Nachteilig ist bei dieser Bauart, dass die Achse ein gesondertes Bauteil bildet, das bei der Montage des Kontaktarms durch die die genannten Lagerstellen und den Kontaktarm hindurch geschoben werden muss. Daher ist die Herstellung eines solchen Schutzschalters vergleichsweise aufwändig.
Auch ein Schutzschalter der eingangs genannten Art, also mit einer offenen Lagerschale, ist prinzipiell bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2007 003 674 B3 eine Lagerungseinrichtung zur Aufnahme einer Lagerachse eines Schaltstücks eines Schaltgeräts, insbesondere eines Leistungsschalters oder eines Trennschalters, wobei die Lagerungseinrichtung zumindest eine zumindest teilweise halbschalenförmige Lagerschale umfasst, in die die Lagerachse drehbar einschiebbar oder eingeschoben ist. Der Halbschalenabschnitt der Lagerschale ist dabei so ausgebildet und innerhalb der Lagerungseinrichtung so positioniert, dass das Schaltstück bei bezüglich der Lagerachse versetztem Angreifen einer in dem Gehäuse der Lagerungseinrichtung angeordneten Kontaktkrafteinrichtung verschwenkbar und zumindest in den drei Positionen ausgeschaltet, eingeschaltet und ausgelöst gegen ein Herausfallen aus der Lagerschale gesichert ist.
Nachteilig ist daran, dass die Schaltwelle vergleichsweise kompliziert geformt ist und daher nur schwierig herstellbar ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Schutzschalter, eine verbesserte Spritzgussform sowie ein verbessertes Herstellungsverfahren anzugeben. Insbesondere soll die Herstellung der Schaltwelle auf technisch einfachere Weise ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Schutzschalter der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Lagerschale in Bezug auf eine Verschieberichtung der Druckvorrichtung frei von Hinterschneidungen und zur Druckvorrichtung hin offen ist und der Kontaktarm alleine durch Kräfte in der Lagerschale gehalten ist, die von der Druckfeder hervorgerufen sind. Das heißt, dass sich die Lagerschale ausgehend von einer Verschieberichtung der Druckvorrichtung in einem Winkelbereich von maximal ±90° erstreckt. Daraus folgt auch, dass die Lagerschale einen Umfangswinkel von ≤ 180° aufweist. Wegen der durch die Druckfeder hervorgerufen Kräfte sind für den Betrieb des Schutzschalters keine weiteren Maßnahmen zum Halten des Kontaktarms in der Schaltwelle nötig. Der technische Aufbau des Schutzschalters ist daher besonders einfach. Die Druckvorrichtung kann direkt oder indirekt (beispielsweise über eine Rolle) auf den Kontaktarm wirken.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einer Negativform zur Herstellung einer Schaltwelle eines Schutzschalters der eingangs genannten Art gelöst, bei der

- ein Hohlraum der Negativform zur Aufnahme beziehungsweise Erzeugung der Schaltwelle lediglich durch zwei Formteile begrenzt ist und durch Verschieben der nur zwei Formteile schließbar beziehungsweise öffenbar ist,
- ein erster Formteil eine Negativform einer Vertiefung zur verschiebbaren Lagerung der Druckvorrichtung und der erste oder zweite Formteil eine Negativform der Lagerschale zur drehbaren Lagerung des Kontaktarms aufweist,
- eine Verschieberichtung der Formteile gleich der Verschieberichtung der Druckvorrichtung ist und
- die Formteile in Bezug auf deren Verschieberichtung frei von Hinterschneidungen sind.

In analoger Weise wird die Erfindung auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltwelle eines Schutzschalters der eingangs genannten Art gelöst, bei dem

- eine Negativform eingesetzt wird, deren Hohlraum zur Aufnahme beziehungsweise Erzeugung der Schaltwelle lediglich durch zwei Formteile begrenzt wird und die durch Verschieben der nur zwei Formteile geschlossen beziehungsweise geöffnet wird,
- ein erster Formteil eine Negativform einer Vertiefung zur verschiebbaren Lagerung der Druckvorrichtung und der erste oder zweite Formteil eine Negativform der Lagerschale zur drehbaren Lagerung des Kontaktarms aufweist,
- eine Verschieberichtung der Formteile gleich der Verschieberichtung der Druckvorrichtung ist und
- die Formteile in Bezug auf deren Verschieberichtung frei von Hinterschneidungen sind.

Das genannten Verfahren umfasst somit die Schritte

- Schließen einer Negativform durch Verschieben nur zweier Formteile wodurch ein lediglich durch die zwei Formteile begrenzter Hohlraum zur Aufnahme beziehungsweise Erzeugung der Schaltwelle gebildet wird, wobei ein erster Formteil eine Negativform einer Vertiefung zur verschiebbaren Lagerung der Druckvorrichtung und der erste oder zweite Formteil eine Negativform der Lagerschale zur drehbaren Lagerung des Kontaktarms aufweist und wobei die Verschieberichtung der Formteile gleich der Verschieberichtung der Druckvorrichtung ist und die Formteile in Bezug auf deren Verschieberichtung frei von Hinterschneidungen sind,
- Einbringen eines Kunststoffs in den genannten Hohlraum und
- Öffnen der Negativform durch Verschieben der nur zwei Formteile.

Durch die besondere Formgebung der Lagerschale (das heißt, wegen des Fehlens von Hinterschneidungen in der Verschieberichtung der Druckvorrichtung) wird also ermöglicht, dass die Schaltwelle mit einer Negativform mit nur zwei Formteilen hergestellt werden kann. Weitere in die Form hineinragende und gesondert bewegbare Stifte und dergleichen, so wie sie beispielsweise für die Herstellung einer geschlossenen Lagerschale (vergleiche die DE 33 47 120 A1 ) für den Kontaktarm benötigt werden, können dadurch ebenfalls entfallen. Insbesondere weist der erste Formteil die Negativform der Vertiefung zur verschiebbaren Lagerung der Druckvorrichtung und der zweite Formteil die Negativform der Lagerschale zur drehbaren Lagerung des Kontaktarms auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
Günstig ist es, wenn der Schutzschalter einen in der Druckvorrichtung drehbar gelagerten und auf den Kontaktarm wirkenden Wälzkörper aufweist. Damit wirkt die Druckvorrichtung indirekt auf den Kontaktarm. Durch die abrollende Bewegung ergibt sich eine verminderte Reibung, wodurch der Kontaktarm leichtgängiger ist. Als Wälzkörper kann beispielsweise eine Rolle, eine Kugel, eine Nadel oder eine Tonne vorgesehen sein.
Generell kann die Druckvorrichtung aber auch (ohne Wälzkörper) direkt auf den Kontaktarm wirken, wodurch sich ein vereinfachter Aufbau des Schutzschalters ergibt. Um eine Reibung zwischen Druckvorrichtung und Kontaktarm in Grenzen zu halten, kann vorgesehen sein, die Druckvorrichtung aus einem gut gleitfähigem Material zu fertigen. Neben Metallen sind daher auch spezielle Kunststoffe wie etwa Teflon (Polytetrafluorethylen, kurz PTFE) oder mit solchen Kunststoffen beschichtete andere Materialien eine gute Wahl für die Druckvorrichtung. Um eine Bewegung zwischen Kontaktarm und Druckvorrichtung weiter zu begünstigen, kann die Druckvorrichtung zum Kontaktarm hin auch bombiert ausgeführt sein.
Günstig ist es weiterhin, wenn die Drehachse des Kontaktarms quer, insbesondere rechtwinklig, zur Verschieberichtung der Druckvorrichtung ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann die Wirkung der Druckfeder optimal genutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang darüber hinaus, wenn der Kontaktarm in jeder Betriebsstellung alleine durch Kräfte in der Lagerschale gehalten ist, die von der Druckfeder hervorgerufen sind. Mit anderen Worten ist der Kontaktarm in jeder Betriebsstellung alleine durch die Druckvorrichtung in der Lagerschale gehalten, im Speziellen durch die auf die Druckvorrichtung wirkende Druckfeder. Dadurch sind auch für den Betrieb des Schutzschalters keine weiteren Maßnahmen zum Halten des Kontaktarms in der Schaltwelle nötig. Der technische Aufbau des Schutzschalters ist daher besonders einfach. Die Druckvorrichtung kann wiederum direkt oder indirekt (beispielsweise über eine Rolle) auf den Kontaktarm wirken.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Druckfeder unabhängig von einer Betriebsstellung des Kontaktarms umfangsseitig zu wenigstens 90% von einem Isolierstoff der Schaltwelle umschlossen ist. Auf diese Weise wird ein elektrischer Überschlag von der Druckfeder, die in aller Regel aus Stahl gefertigt ist, auf andere metallische Bauteile des Schutzschalters vermieden, oder es wird wenigstens die Wahrscheinlichkeit für einen solchen Überschlag merklich verringert. Die prozentuelle Angabe „90%“ bezieht sich in obigem Zusammenhang auf die Umfangsfläche der Feder, also im Allgemeinen auf die Mantelfläche eines die Feder einhüllenden Zylinders. Kleinere umfangsseitige Ausnehmungen in der Schaltwelle sind prinzipiell möglich, ohne dass die Isolation dadurch merklich eingeschränkt wird. Denkbar ist grundsätzlich auch, dass die Feder nicht auf der ganzen Länge von Isolierstoff eingehüllt ist. Die „Betriebsstellungen“ des Kontaktarms sind die Stellungen, die er im Betrieb des Schutzschalters und somit im zusammengebauten Zustand des Schutzschalters einnehmen kann. Insbesondere sind dies die EIN-Stellung (Schaltkontakte geschlossen), die AUS-Stellung (Schalter ausgeschaltet), und die AUSGELÖST-Stellung (Schaltstellung nach Auftreten eines Überstroms).
Günstig ist es weiterhin, wenn die Druckvorrichtung und/oder gegebenenfalls der Wälzkörper in zumindest einer Betriebsstellung des Kontaktarms wenigstens auf einem Längsabschnitt - längs in Verschieberichtung der Druckvorrichtung gesehen - umfangsseitig zu wenigstens 70% ringförmig beziehungsweise mantelförmig von einem Isolierstoff der Schaltwelle umschlossen ist/sind. Dadurch sind neben der Druckfeder auch weitere Komponenten des Schutzschalters, welche (aus mechanischen Gründen) ebenfalls sehr häufig aus Metall gefertigt sind, elektrisch isoliert, was das Risiko eines elektrischen Überschlags auf benachbarte metallische Komponenten weiter verringert. Der Begriff „mantelförmig“ ist im Rahmen der Erfindung nicht in seiner strengen geometrischen Bedeutung zu sehen, nach der ein Mantel rotationssymmetrisch ist. Im Rahmen der Erfindung ist ein „Mantel“ daher nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch, sondern bezeichnet insbesondere jene Fläche, die bei Extrusion einer beliebig geformten Bodenfläche entsteht. Der die genannten Komponenten umgebende geschlossene Ring kann somit eine allgemeine Form aufweisen. Generell entsteht der Mantel aber nicht zwangsläufig durch Extrusion einer geometrischen geschlossenen Figur, sondern kann auch Ein- und Ausbuchtungen aufweisen.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Druckfeder, die Druckvorrichtung und/oder gegebenenfalls der Wälzkörper in zumindest einer Betriebsstellung des Kontaktarms umfangsseitig zur Gänze von einem Isolierstoff der Schaltwelle umschlossen ist/sind, insbesondere in der EIN-Stellung. Dadurch ist eine besonders gute elektrische Isolation der genannten Komponenten in jener Stellung gegeben, in welcher der Kontaktarm - den korrekten Anschluss des Schutzschalters vorausgesetzt - spannungsführend ist. In den anderen Stellungen ist der Kontaktarm unter der genannten Anschlussbedingung nicht spannungsführend.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckfeder, die Druckvorrichtung und/oder gegebenenfalls der Wälzkörper unabhängig von einer Betriebsstellung des Kontaktarms umfangsseitig zur Gänze von einem Isolierstoff der Schaltwelle umschlossen ist/sind. Auf diese Weise ist eine besonders gute elektrische Isolation der genannten Komponenten gegeben, da diese unabhängig von einer am Kontaktarm anliegenden Spannung und somit auch unabhängig von einer bestimmten Anschlussart des Schutzschalters an ein Stromnetz immer gegeben ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckfeder, die Druckvorrichtung und/oder gegebenenfalls der Wälzkörper in einer Vertiefung / einem von einem Isolierstoff der Schaltwelle gebildeten Sackloch angeordnet ist/sind. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Isolation der genannten Komponenten. Eine „Vertiefung“ beziehungsweise ein „Sackloch“ ist eine von der Oberfläche der Schaltwelle nach innen weisende Einbuchtung, wobei die Umrandung der Einbuchtung an der genannten Oberfläche geschlossen beziehungsweise ringförmig ist. Der Boden des Sacklochs ist ebenfalls geschlossen. Es ergibt sich somit ein Hohlraum, der nur an der Oberfläche der Schaltwelle eine Öffnung aufweist. Weitere (kleinere) Öffnungen sind jedoch prinzipiell möglich.
Günstig ist es, wenn der Boden des Sacklochs eine Öffnung aufweist. Dadurch kann dieses besser be- beziehungsweise entlüftet werden, wodurch schnellere Schaltvorgänge ermöglicht werden. Darüber hinaus kann dadurch unter Umständen auch die Montage der Druckvorrichtung erleichtert werden. Selbstverständlich kann eine Öffnung im Boden des Sacklochs auch entfallen, wenn das Spiel zwischen den Bauteilen genügend groß für eine Entlüftung ist.
Günstig ist es, wenn die Schaltwelle aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gefertigt ist. Dadurch können gesonderte Maßnahmen zur Isolierung der in der Schaltwelle aufgenommenen Komponenten entfallen. Denkbar ist aber prinzipiell auch, dass die die Druckfeder, die Druckvorrichtung und/oder gegebenenfalls der Wälzkörper von einer in die Schaltwelle eingesetzten isolierenden Hülse umgeben ist/sind.
Günstig ist es auch, wenn die Druckfeder, die Druckvorrichtung und/oder gegebenenfalls der Wälzkörper aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist/sind. Dadurch sind die genannten Komponenten vergleichsweise stabil und haltbar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der die Druckfeder, die Druckvorrichtung und/oder gegebenenfalls den Wälzkörper umhüllende Isolierstoff im Bereich der Druckfeder einen Mantel eines Kreiszylinders und im Bereich der Druckvorrichtung einen Mantel eines rechteckförmigen, insbesondere quadratischen, Prismas ausbildet. Dadurch kann die Druckfeder als Schraubenfeder und die Druckvorrichtung im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein, wodurch beides auf technisch einfache Weise herstellbar ist.
Vorteilhaft ist es schließlich auch, wenn der die Druckfeder, die Druckvorrichtung und/oder gegebenenfalls den Wälzkörper umhüllende Mantel vom Kontaktarm aus in Verschieberichtung der Druckvorrichtung gesehen frei von Hinterschneidungen ist. Dadurch kann die Vertiefung zur Aufnahme der genannten Komponenten beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich die verschiedenen zum Schutzschalter offenbarten Varianten und die daraus resultierenden Vorteile gleichermaßen auf das Herstellungsverfahren beziehungsweise die Negativform beziehen und umgekehrt.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine Schrägansicht eines beispielhaften Schutzschalters;
2 den Schutzschalter aus 1 mit abgehobenem Gehäusedeckel;
3 eine Explosionsdarstellung einer beispielhaften Schaltwellen-Kontaktarm-Anordnung mit Plättchen als Druckvorrichtung beziehungsweise Lagervorrichtung für die Rolle;
4 Die Anordnung aus 3 in zusammengebautem Zustand;
5 eine Schnittdarstellung, welche den Einbau des Kontaktarms in die Schaltwelle verdeutlicht;
6 die auf den Kontaktarm beziehungsweise dessen Lagerung wirkenden Kräfte in der AUS-Stellung;
7 die auf den Kontaktarm beziehungsweise dessen Lagerung wirkenden Kräfte in der EIN-Stellung;
8 die auf den Kontaktarm beziehungsweise dessen Lagerung wirkenden Kräfte in der AUSGELÖST-Stellung;
9 eine beispielhafte Negativform zur Herstellung einer Schaltwelle;
10 die Schaltwelle aus der Negativform der 9 in Vorderansicht und
11 die die Schaltwelle aus der Negativform der 9 in Rückansicht.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Schrägansicht eines beispielhaften Schutzschalters 1, welcher ein Gehäuse 2 aufweist, das ein Gehäuseunterteil 3 und ein Gehäuseoberteil 4 umfasst. Des Weiteren umfasst der Schutzschalter 1 Anschlüsse 5 sowie ein Betätigungselement 6 zum Ein- und Ausschalten des Schutzschalters 1 respektive zur Anzeige des Schaltzustands des Schutzschalters 1.
2 zeigt den Schutzschalter 1 aus 1 mit abgehobenem Gehäuseoberteil 4, wodurch der Blick in das Innere des Schutzschalters 1 freigegeben ist. Im Schutzschalter 1 ist eine Schaltwelle 7 drehbar gelagert. In der Schaltwelle 7 sind wiederum mehrere Kontaktarme 8 drehbar gelagert, welche an ihrem Ende je einen Schaltkontakt 9 aufweisen. In der Schließstellung wird der Kontaktarm 8 respektive Schaltkontakt 9 gegen einen gehäusefesten Kontakt gedrückt, sodass die Anschlüsse 5 und 10 elektrisch verbunden sind.
3 zeigt ein erstes Beispiel einer Schaltwellen-Kontaktarm-Anordnung in Explosionsdarstellung, die 4 in zusammengebauten Zustand. Die Anordnung zeigt eine Achse 11, mit deren Hilfe der Kontaktarm 8 drehbar in der Schaltwelle 7 gelagert ist. Zudem umfasst die Anordnung eine Druckvorrichtung 12, in welcher eine Rolle 13 drehbar gelagert ist. In diesem Sinne kann die Druckvorrichtung 12 auch als „Lagervorrichtung“ bezeichnet werden. Die Drehachse 11 des Kontaktarms 8 ist quer und in diesem Beispiel insbesondere rechtwinklig zur Verschieberichtung der Druckvorrichtung 12 ausgerichtet. In der Schaltwelle 7 ist weiterhin eine Druckfeder 14 angeordnet. Die Schaltwelle 7 weist darüber hinaus noch Bohrungen 15 für die Aufnahme von Antriebsachsen von Antriebshebeln zur Drehung der Schaltwelle 7 sowie eine Vertiefung 16 zur Aufnahme der Druckvorrichtung 12, der Rolle 13 sowie der Druckfeder 14 auf. Anzumerken ist, dass die Schaltwelle 7 im Bereich der vorderen Vertiefung 16 aufgebrochen dargestellt ist, um den Blick in das Innere freizugeben.
Der Schutzschalter 1 umfasst somit ein Gehäuse 2, eine darin drehbar gelagerte Schaltwelle 7, einen in der Schaltwelle 7 drehbar gelagerten Kontaktarm 8, eine in der Schaltwelle 7 verschiebbar gelagerte Druckvorrichtung 12, eine in der Druckvorrichtung 12 drehbar gelagerte Rolle 13 sowie eine in der Schaltwelle 7 gelagerte und auf die Druckvorrichtung 12 wirkende Druckfeder 14. Anstelle der Rolle 13 könnte natürlich auch ein anderer Wälzkörper eingesetzt werden, beispielsweise eine Kugel, eine Tonne oder eine Nadel.
Die Schaltwelle 7 ist zwischen einer EIN und AUS-Stellung bewegbar. Deren Lage wird über einen Schaltmechanismus des Schutzschalter 1, welcher mit dem Betätigungselement 6 verbunden oder gekoppelt ist, gesteuert. Der Schaltmechanismus ist an sich bekannt und in den Figuren daher nicht dargestellt.
Bei einem übermäßigen Strom über die Anschlüsse 5 und 10 wird der Kontaktarm 8 durch elektrodynamische Kräfte aufgeschleudert. Während der Öffnungsbewegung rollt die Rolle 13 auf der nockenartig geformten Struktur auf dem hinteren Teil des Kontaktarms 8 ab und hält diesen nach der Auslösung bis zum Verdrehen der Schaltwelle 7 in die AUS-Stellung in der OFFEN-Stellung.
Die Druckvorrichtung besteht in diesem Beispiel aus zwei voneinander unabhängigen Plättchen 12, zwischen denen die Rolle 13 angeordnet ist. Die Plättchen 12 sind in der Schaltwelle 7 in der Verschieberichtung beweglich gelagert. Beispielsweise können die Plättchen 12 aus einem metallischen Blech ausgestanzt sein. Denkbar wäre aber auch, dass sie aus einer Kunststoffplatte ausgestanzt sind. Denkbar wäre natürlich auch, dass die Druckvorrichtung anders aufgebaut ist und zum Beispiel einen U-förmigen Bügel zur Lagerung der Rolle 13 aufweist.
Denkbar ist natürlich auch, dass die Druckvorrichtung überhaupt keine Rolle 13 aufweist, über welche die Druckvorrichtung 12 indirekt auf den Kontaktarm 8 wirkt, und stattdessen direkt auf den Kontaktarm 8 wirkt. Anstelle einer abrollenden Bewegung ergibt sich zum Kontaktarm 8 hin dann eine schleifende Bewegung. Um eine Reibung zwischen Druckvorrichtung und Kontaktarm 8 in Grenzen zu halten, kann auch vorgesehen sein, dass die Druckvorrichtung zum Kontaktarm 8 hin bombiert ist.
5 zeigt nun eine Schnittdarstellung, welche den Einbau des Kontaktarms 8 in die Schaltwelle 7 verdeutlicht. Dazu wird die Druckvorrichtung 12 nach hinten gedrückt, der Kontaktarm 8 von der Unterseite der Schaltwelle 7 her eingeschoben und anschließend die Achse 11 des Kontaktarms 8 in die Lagerschale 17 eingelegt. Anschließend wird die Druckvorrichtung 12 wieder losgelassen, wodurch sich der in der 6 dargestellte Zustand ergibt.
6 zeigt die auf den Kontaktarm 8 beziehungsweise die Lagerschale 17 wirkenden Kräfte in der AUS-Stellung des Schutzschalters 1. Konkret erzeugt die Druckfeder 14 eine auf den Kontaktarm 8 einwirkende Federkraft F_F , welche einerseits eine auf den Kontaktarm 8 einwirkende Auflagekraft F_A an der Schaltwelle 7 sowie die Lagerkraft F_L an der Lagerschale 17 hervorruft. Aus der 6 ist erkennbar, dass der Kontaktarm 8 alleine durch die von der Druckfeder 14 hervorgerufenen Kräfte F_A , F_F und F_L in der Lagerschale 17 gehalten ist, respektive alleine durch die Druckvorrichtung 12, die Rolle 13 und die Druckfeder 14. Weitere Maßnahmen zur Sicherung des Kontaktarms 8 sind daher nicht nötig (wohl aber möglich).
7 zeigt die auf den Kontaktarm 8 beziehungsweise die Lagerschale 17 wirkenden Kräfte in der EIN-Stellung. Konkret erzeugt die Druckfeder 14 wiederum eine Federkraft F_F , welche nun einerseits eine Kontaktkraft F_K am Schaltkontakt 9 sowie die Lagerkraft F_L an der Lagerschale 17 hervorruft. Aus der 7 ist erkennbar, dass der Kontaktarm 8 auch in dieser Betriebsstellung alleine durch die von der Druckfeder 14 hervorgerufenen Kräfte F_K , F_F und F_L in der Lagerschale 17 gehalten ist, respektive alleine durch die Druckvorrichtung 12, die Rolle 13 und die Druckfeder 14. Weitere Maßnahmen zur Sicherung des Kontaktarms 8 sind daher ebenfalls nicht nötig.
8 zeigt die auf den Kontaktarm 8 beziehungsweise die Lagerschale 17 wirkenden Kräfte in der AUSGELÖST-Stellung. Zusätzlich zur Federkraft F_F und zur Lagerkraft F_L wirkt nun eine Auflagekraft F_B an einem Anschlag des Gehäuses 2 auf den Kontaktarm 8. Aus der 8 ist erkennbar, dass der Kontaktarm 8 auch in dieser Betriebsstellung alleine durch die von der Druckfeder 14 hervorgerufenen Kräfte F_B , F_F und F_L in der Lagerschale 17 gehalten ist, respektive alleine durch die Druckvorrichtung 12, die Rolle 13 und die Druckfeder 14. Weitere Maßnahmen zur Sicherung des Kontaktarms 8 sind daher wiederum nicht nötig.
Der Kontaktarm 8 ist in diesem Beispiel daher in jeder Betriebsstellung alleine durch Kräfte F_A , F_B , F_F , F_K , F_L in der Lagerschale 17 gehalten, die von der Druckfeder 14 hervorgerufen werden, beziehungsweise alleine durch die Druckvorrichtung 12, die Rolle 13 und die Druckfeder 14.
Aus den 6 bis 8 ist weiterhin erkennbar, dass die Druckfeder 14 unabhängig von einer Betriebsstellung des Kontaktarms 8 umfangsseitig zur Gänze von einem Isolierstoff der Schaltwelle 7 umschlossen ist. Dadurch kann eine elektrischer Überschlag von der Druckfeder 14, welche in aller Regel aus Stahl gefertigt ist, auf andere metallische Bauteile des Schutzschalters 1 wirksam vermieden werden. Generell wird eine sehr gute Isolation aber auch schon dann erreicht, wenn die Druckfeder 14 unabhängig von einer Betriebsstellung des Kontaktarms 8 umfangsseitig zu wenigstens 90% von einem Isolierstoff der Schaltwelle 7 umschlossen ist. Beispielsweise kann die Druckfeder 14 zum Kontaktarm 8 hin etwas aus der Schaltwelle 7 herausragen, insbesondere in bestimmen Betriebsstellungen des Kontaktarms 8, beispielsweise in der AUS-Stellung und in der AUSGELÖST-Stellung. Denkbar ist auch, dass in der Schaltwelle 7 im Bereich der Druckfeder 14 umfangsseitige Ausnehmungen vorgesehen sind. Zudem ist auch vorstellbar, dass der der Boden des Sacklochs 16, in dem die Druckfeder 14 angeordnet ist, eine Öffnung aufweist. Dadurch kann das Sackloch 16 besser be- beziehungsweise entlüftet werden, wodurch schnellere Schaltvorgänge ermöglicht werden. Zudem können unter Umständen auch Montagevorgänge dadurch vereinfacht werden. Denkbar ist aber natürlich auch, dass der Boden des Sacklochs 16 - anders als in den Figuren dargestellt - vollständig geschlossen ist.
Aus den 6 bis 8 ist zudem erkennbar, dass auch die Druckvorrichtung 12 und die Rolle 13 weitgehend ringförmig beziehungsweise mantelförmig von einem Isolierstoff der Schaltwelle 7 umgeben sind. Von einer guten Isolationswirkung wird ausgegangen, wenn die Druckvorrichtung 12 und die Rolle 13 in zumindest einer Betriebsstellung des Kontaktarms 8 wenigstens auf einem Längsabschnitt - längs in Verschieberichtung der Druckvorrichtung 12 gesehen - umfangsseitig zu wenigstens 70% ringförmig beziehungsweise mantelförmig von einem Isolierstoff der Schaltwelle 7 umschlossen sind. In dem konkret gezeigten Beispiel sind die Druckvorrichtung 12 und die Rolle 13 an der Oberseite und an den Seitenflächen komplett vom Werkstoff der Schaltwelle 7 umgeben. Lediglich an der Unterseite ist eine Aussparung vorgesehen, an welcher der Kontaktarm 8 durch die Isolation hindurch zur Rolle 13 geführt ist. Denkbar wäre aber auch, dass die Druckvorrichtung 12 und die Rolle 13 zur Gänze von einem Isolierstoff umgeben sind, insbesondere in einer Betriebsstellung des Kontaktarms 8, im Speziellen aber in allen Betriebsstellungen. In beiden Fällen sind metallische Teile eines Schaltschlosses, das bei der dargestellten Bauform des Schutzschalters 1 insbesondere oberhalb der Schaltwelle 7 angeordnet ist, und auch einer Schaltverriegelung, welche bei der dargestellten Bauform des Schutzschalters 1 und in der Darstellung der 7 insbesondere rechts von der Schaltwelle 7 angeordnet ist, besonders gut vor elektrischem Überschlag geschützt.
Generell können - so wie dies in dem dargestellten Beispiel angenommen ist - die Druckfeder 14, die Druckvorrichtung 12 und die Rolle 13 aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein. Denkbar ist aber auch, dass alle Teile oder einzelne Teile (insbesondere die Rolle 13 und/oder die Druckvorrichtung 12) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt sind. Des Weiteren kann auch die Schaltwelle 7 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gefertigt sein, wie dies in dem konkret dargestellten Beispiel der Fall ist. Denkbar ist aber auch, dass im Bereich der Druckfeder 14, der Druckvorrichtung 12 und/oder der Rolle 13 eine gesonderte Hülse aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff in die Schaltwelle 7 eingesetzt ist.
9 zeigt nun eine Negativform 19 zur Herstellung einer Schaltwelle 7, wobei die Negativform 19 zwei gegeneinander verschiebbare Formteile 20, 21 umfasst. Ein Hohlraum der Negativform 19 zur Aufnahme beziehungsweise Erzeugung der Schaltwelle 7 ist lediglich durch zwei Formteile 20, 21 begrenzt und durch Verschieben der nur zwei Formteile 20, 21 schließbar beziehungsweise öffenbar.
In diesem Beispiel ist die Lagerschale 17 zur Lagerung der Achse 11 des Kontaktarms 8 im Hinblick auf die Verschieberichtung der Druckvorrichtung 12 zur Druckvorrichtung 12 hin offen (in der 9 also nach rechts hin). Daher weist der erste Formteil 20 eine Negativform der Vertiefung 16 zur verschiebbaren Lagerung der Druckvorrichtung 12 und der zweite Formteil 21 eine Negativform der Lagerschale 17 zur drehbaren Lagerung des Kontaktarms 8 auf.
Denkbar wäre aber auch, dass die Lagerschale 17 im Hinblick auf die Verschieberichtung der Druckvorrichtung 12 zu einer von der Druckvorrichtung 12 abgewandten Seite hin offen ist (in der 9 wäre die Lagerschale 17 also nach links hin offen). In diesem Fall würde der erste Formteil 20 sowohl die Negativform der Vertiefung 16 zur verschiebbaren Lagerung der Druckvorrichtung 12 als auch die Negativform der Lagerschale 17 zur drehbaren Lagerung des Kontaktarms 8 aufweisen.
Aus der 9 geht weiterhin hervor, dass die Verschieberichtung A, B der Formteile 20, 21 gleich der Verschieberichtung der Druckvorrichtung 12 ist. Zudem ist erkennbar, dass die Lagerschale 17 in Bezug auf eine Verschieberichtung A, B der Formteile 20, 21 beziehungsweise Druckvorrichtung 12 frei von Hinterschneidungen ist. Das heißt, dass sich die Lagerschale ausgehend von einer Verschieberichtung der Druckvorrichtung 12 (beziehungsweise ausgehend von der Verschieberichtung A, B der Formteile 20, 21) in einem Winkelbereich von maximal ±90° erstreckt. Auch der die Druckfeder 14, die Druckvorrichtung 12 und/oder die Rolle 13 umhüllende Mantel, das heißt das Sackloch 16, sind in diesem Beispiel vom Kontaktarm 8 aus in Verschieberichtung der Druckvorrichtung 12 gesehen frei von Hinterschneidungen.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Schaltwelle 7 eines Schutzschalters 1, umfasst somit die Schritte

- Schließen der Negativform 19 durch Verschieben der Formteile 20, 21, wodurch ein lediglich durch die zwei Formteile 20, 21 begrenzter Hohlraum zur Aufnahme beziehungsweise Erzeugung der Schaltwelle 7 gebildet wird,
- Einbringen eines Kunststoffs in den genannten Hohlraum, und
- Öffnen der Negativform 19 durch Verschieben der beiden Formteile 20, 21.

Durch die besondere Formgebung der Lagerschale 17 wird also ermöglicht, dass die Schaltwelle 7 mit einer Negativform 19 mit nur zwei Formteilen 20, 21 hergestellt werden kann. Weitere in die Form 19 hineinragende und gesondert bewegbare Stifte und dergleichen, so wie sie beispielsweise für die Herstellung einer geschlossenen Lagerschale für den Kontaktarm benötigt werden, können dadurch entfallen. Wie erwähnt, ist es in diesem Zusammenhang auch von Vorteil, wenn das Sackloch 16 frei von Hinterschneidungen ist.
Ergänzend zeigen die 10 die Schaltwelle 7 aus 9 in Vorderansicht (also in Blickrichtung A) und die 11 in Rückansicht (also in Blickrichtung B). Aus den 10 und 11 sind insbesondere das Sackloch 16 und eine Aussparung 22 für den Kontaktarm 8 dargestellt. Erkennbar ist weiterhin, dass der die Druckfeder 14, die Druckvorrichtung 12 und/oder die Rolle 13 umhüllende Isolierstoff im Bereich der Druckfeder 14 einen Mantel eines Kreiszylinders und im Bereich der Druckvorrichtung 12 einen Mantel eines rechteckförmigen, insbesondere quadratischen, Prismas ausbildet. Dadurch kann die Druckfeder 14 als Schraubenfeder und die Druckvorrichtung 12 im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein, wodurch beides auf technisch einfache Weise herstellbar ist.
Abschließend wird angemerkt, dass das Sackloch 16 im Prinzip beliebig geformt sein und insbesondere auch Ein- beziehungsweise Ausbuchtungen aufweisen kann, wenngleich es von Vorteil ist, wenn dieses frei von Hinterschneidungen ist. Insbesondere kann es auch durch Extrusion einer geometrischen Kurve entstehen.
Abschließend wird weiterhin angemerkt, dass der Schutzschalter 1 respektive dessen Bauteile nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind und daher auch andere Proportionen aufweisen können. Weiterhin kann ein Schutzschalter 1 auch mehr oder weniger Bauteile als dargestellt umfassen. Lageangaben (z.B. „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, etc.) sind auf die jeweils beschriebene Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung des Schutzschalters 1 sinngemäß an die neue Lage anzupassen. Schließlich wird angemerkt, dass sich die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung auf beliebige Art und Weise kombinieren lassen.

Claims

Schutzschalter (1), umfassend ein Gehäuse (2), eine darin gelagerte Schaltwelle (7), einen mit Hilfe einer offenen Lagerschale (17) in der Schaltwelle (7) drehbar gelagerten Kontaktarm (8), eine in der Schaltwelle (7) verschiebbar gelagerte und auf den Kontaktarm (8) direkt oder indirekt wirkende Druckvorrichtung (12), sowie eine in der Schaltwelle (7) gelagerte und auf die Druckvorrichtung (12) wirkende Druckfeder (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (17) in Bezug auf eine Verschieberichtung der Druckvorrichtung (12) frei von Hinterschneidungen zur Druckvorrichtung (12) hin offen ist und der Kontaktarm (8) alleine durch die Druckvorrichtung (12) und die auf die Druckvorrichtung (12) wirkende Druckfeder (14) in der Lagerschale (17) gehalten ist, wobei der Kontaktarm (8) alleine durch Kräfte (F_A, F_B, F_F, F_K, F_L) in der Lagerschale (17) gehalten ist, die von der Druckfeder (14) hervorgerufen sind.
Schutzschalter (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in der Druckvorrichtung (12) drehbar gelagerten und auf den Kontaktarm (8) wirkenden Wälzkörper (13).
Schutzschalter (1), umfassend ein Gehäuse (2), eine darin gelagerte Schaltwelle (7), einen mit Hilfe einer offenen Lagerschale (17) in der Schaltwelle (7) drehbar gelagerten Kontaktarm (8), eine in der Schaltwelle (7) verschiebbar gelagerte und auf den Kontaktarm (8) direkt oder indirekt wirkende Druckvorrichtung (12), sowie eine in der Schaltwelle (7) gelagerte und auf die Druckvorrichtung (12) wirkende Druckfeder (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (17) in Bezug auf eine Verschieberichtung der Druckvorrichtung (12) frei von Hinterschneidungen zur Druckvorrichtung (12) hin offen ist und der Kontaktarm (8) alleine durch die Druckvorrichtung (12), einen Wälzkörper (13) und die auf die Druckvorrichtung (12) wirkende Druckfeder (14) in der Lagerschale (17) gehalten ist, wobei der Kontaktarm (8) alleine durch Kräfte (F_A, F_B, F_F, F_K, F_L) in der Lagerschale (17) gehalten ist, die von der Druckfeder (14) hervorgerufen sind.
Schutzschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (8) in jeder Betriebsstellung alleine durch die Druckvorrichtung (12) und die Druckfeder (14) in der Lagerschale (17) gehalten ist.
Schutzschalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (8) in jeder Betriebsstellung alleine durch die Druckvorrichtung (12), den Wälzkörper (13) und die Druckfeder (14) in der Lagerschale (17) gehalten ist.
Schutzschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (8) in jeder Betriebsstellung alleine durch Kräfte (F_A, F_B, F_F, F_K, F_L) in der Lagerschale (17) gehalten ist, die von der Druckfeder (14) hervorgerufen sind.
Schutzschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (11) des Kontaktarms (8) quer zur Verschieberichtung der Druckvorrichtung (12) ausgerichtet ist.
Negativform (19) zur Herstellung einer Schaltwelle (7) eines Schutzschalters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche mehrere gegeneinander verschiebbare Formteile (20, 21) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Hohlraum der Negativform (19) zur Erzeugung der Schaltwelle (7) lediglich durch zwei Formteile (20, 21) begrenzt ist und durch Verschieben der nur zwei Formteile (20, 21) schließbar oder öffenbar ist, - ein erster Formteil (20) eine Negativform einer Vertiefung (16) zur verschiebbaren Lagerung der Druckvorrichtung (12) und der erste oder zweite Formteil (20, 21) eine Negativform der Lagerschale (17) zur drehbaren Lagerung des Kontaktarms (8) aufweist, - eine Verschieberichtung (A, B) der Formteile (20, 21) gleich der Verschieberichtung der Druckvorrichtung (12) ist und - die Formteile (20, 21) in Bezug auf deren Verschieberichtung (A, B) frei von Hinterschneidungen sind.
Verfahren zur Herstellung einer Schaltwelle (7) eines Schutzschalters (1) mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Negativform (19) eingesetzt wird, deren Hohlraum zur Erzeugung der Schaltwelle (7) lediglich durch zwei Formteile (20, 21) begrenzt wird und die durch Verschieben der nur zwei Formteile (20, 21) geschlossen oder geöffnet wird, - ein erster Formteil (20) eine Negativform einer Vertiefung (16) zur verschiebbaren Lagerung der Druckvorrichtung (12) und der erste oder zweite Formteil (20, 21) eine Negativform der Lagerschale (17) zur drehbaren Lagerung des Kontaktarms (8) aufweist, - eine Verschieberichtung (A, B) der Formteile (20, 21) gleich der Verschieberichtung der Druckvorrichtung (12) ist und - die Formteile (20, 21) in Bezug auf deren Verschieberichtung (A, B) frei von Hinterschneidungen sind.