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Die Erfindung betrifft einen Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, insbesondere für Niederspannungsgeräte und -anlagen, Mittelspannungsgeräte und -anlagen und/oder Hochspannungsgeräte und -anlagen.
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Aus dem Stand der Technik sind Einfachverklinkungen, zum für Beispiel Vakuumschütze, bekannt. Bei diesen wird ein Antriebshebel über eine Druckfeder in die Schaltstellung „aus“ gedrückt. Um das Schaltgerät in der Schaltstellung „ein“ leistungsfrei zu halten, wird der Antriebshebel mechanisch verklinkt, also gesperrt. Dazu ist an dem Antriebshebel ein Klinkenblock befestigt. In der Schalterstellung „ein“ wird der Antriebshebel von einem Bolzen blockiert. Der Bolzen ist Bestandteil eines Hebels, der mittels einer Feder und der daraus resultierenden Federkraft in der verklinkten Stellung gehalten wird. Die aus Bolzen und Hebel bestehende Sperre kann über eine Magnetspule (Auslösemagnet) und deren Magnetfeld aus der verklinkten Position gezogen werden und so den Antriebshebel freigeben, oder aber der Hebel und der Bolzen werden mechanisch über eine Stange aus der verklinkten Stellung gezogen um den Antriebshebel freizugeben.
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Ein solches System lässt nur sehr geringe Toleranzen zu, um ein ungewolltes Entklinken, also Entsperren des Antriebshebels, zu vermeiden.
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Bereits geringe Toleranzen führen bei einem solchen System zu hohen Reibungen, insbesondere zwischen Klinkenblock und Bolzen.
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Insgesamt sind bei den bekannten Systemen für die mechanische Auslösung, also Entklinkung, hohe Auslösekräfte erforderlich, zum Beispiel in der beschriebenen Ausführungsform etwa 100 N.
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Auch für die elektromagnetische Auslösung, bzw. Entklinkung, sind hohe Kräfte nötig, weswegen teure Sonderanfertigungen für die Auslösemagnete, Elektromagnete, notwendig sind. Die hohen Auslösekräfte bedingen eine massive Bauweise der Bauteile und starke Federn. Auch muss der Hebel der Verklinkung aufgrund der hohen Kräfte geschweißt werden, was zu einem aufwändigen Herstellungsverfahren führt.
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Da an der Stange zum mechanischen Auslösen Querkräfte auftreten, ist eine zusätzliche Lagerung notwendig, um zusätzliche Reibekräfte zu verhindern oder zu minimieren.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen einfacher herzustellenden und kostengünstigeren Auslösemechanismus bereit zu stellen, der gleichzeitig ein ungewolltes Entklinken, also Auslösen, durch zum Beispiel Erschütterung verhindert.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch 1 und die von ihm abhängigen Ansprüche gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, mit einem Antriebshebel, einem mechanischen Energiespeicher, der geeignet ist auf den Antriebshebel zu wirken und einer Sperrvorrichtung offenbart. Die Sperrvorrichtung weist bevorzugt ein erstes Sperrelement am Antriebshebel, einen Hebel mit einer ersten Rolle und einer zweite Rolle, eine zweites Sperrelement und ein Auslöseelement auf. Die erste Rolle und die zweite Rolle sind drehbar am oder auf dem Hebel gelagert. Das zweite Sperrelement wirkt in einer verriegelten Position derart auf die erste Rolle, dass der Hebel gegen eine Bewegung in Richtung des zweiten Sperrelements, also auch in Richtung des dritten Drehpunktes, dem Drehpunkt des zweiten Sperrelementes gesperrt ist. Die zweite Rolle wirkt derart auf das erste Sperrelement, dass das erste Sperrelement gegen eine Bewegung weg von dem mechanischen Energiespeicher oder auf den mechanischen Energiespeicher zu gesperrt ist. Die Bezeichnung „verriegelte Position“ bezieht sich sowohl auf die Sperre des Hebels gegen einen Bewegung in Richtung des zweiten Sperrelements, als auch auf die Sperre des ersten Sperrelementes gegen eine Bewegung vom mechanischen Energiespeicher weg oder auf den mechanischen Energiespeicher zu. Das zweite Sperrelement ist mittels des Auslöseelements, derart bewegbar, dass sich das zweite Sperrelement aus der verriegelten Position von der erste Rolle wegbewegt und sich der Hebel mit der ersten Rolle und der zweiten Rolle aus der verriegelten Position, in der das erste Sperrelement gegen eine Bewegung weg von dem mechanischen Energiespeicher oder auf den mechanischen Energiespeicher zu gesperrt ist, wegbewegt, so dass das erste Sperrelement über die zweite Rolle abrollen kann und der Antriebshebel durch die im mechanischen Energiespeicher gespeicherte Energie vom mechanischen Energiespeicher weg oder auf diesen zu bewegbar ist bzw. bewegt werden kann.
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Mit einem derartigen Auslösemechanismus ist es möglich, dass ein Schalter in einer „ein“ Stellung sicher gehalten wird, aber durch den mit Energie beladenen mechanischen Energiespeicher schnell und sicher in eine „aus“ Stellung überführbar ist, indem die Verklingung durch eine Auslöseelement entklinkt wird, also eine Verriegelung gelöst und entriegelt wird.
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Bevorzugt wird ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, bei dem der mechanische Energiespeicher ein Federelement, weiter bevorzugt eine Druckfeder ist.
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Auch wird ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät bevorzugt, bei dem der Antriebshebel an einem ersten Drehpunkt drehbar gelagert ist, und der Hebel an einem zweiten Drehpunkt drehbar gelagert ist und die zweite Rolle zwischen dem zweiten Drehpunkt und der ersten Rolle angeordnet ist. Das zweite Sperrelement ist an einem dritten Drehpunkt drehbar gelagert. Das zweite Sperrelement liegt auf der auf der Seite des dritten Drehpunktes, die der ersten Rolle abgewandt ist und der Seite die dem Auslöseelement zugewandt ist, an einem Anschlag an, der eine Drehbewegung der Seite des zweiten Sperrelements, die der ersten Rolle zugewandt ist, in die Richtung, die der zweiten Rolle abgewandt ist, verhindert. Das zweite Sperrelement ist durch das Auslöseelement derart in eine Drehbewegung versetzbar, dass sich die der ersten Rolle zugewandte Seite des zweiten Sperrelements, vom dritten Drehpunkt aus gesehen, von der ersten Rolle weg und zu der zweiten Rolle hinbewegt und – wenn erforderlich – auch an der zweiten Rolle vorbei weiter bewegt, so dass sich der Hebel in Richtung des dritten Drehpunktes bewegt, und das erste Sperrelement über die zweite Rolle abrollt und so das erste Sperrelement freigibt, so dass der Antriebshebel durch die Druckfeder oder den mechanischen Energiespeicher in eine Drehbewegung um den ersten Drehpunkt versetzt wird.
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Bevorzugt wird auch ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, wobei das zweite Sperrelement durch eine Drehfeder mit einer mechanischen Kraft vorgespannt ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, wobei das zweite Sperrelement durch eine Drehfeder mit einer mechanischen Kraft zusätzlich gegen Verdrehen gesichert ist und in einer entriegelten Position eine Rückstellkraft auf das Sperrelement in Richtung der verriegelten Position bewirkt, wobei die entriegelte Position sich dadurch auszeichnet, dass der Hebel nicht gegen einen Bewegung in Richtung des zweiten Sperrelements gesperrt ist und dass das erste Sperrelemente nicht gegen eine Bewegung vom mechanischen Energiespeicher weg oder auf den mechanischen Energiespeicher zu gesperrt ist.
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Bevorzugt ist auch ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, wobei die zweite Rolle gegenüber der ersten Rolle in Richtung des Antriebhebels auf dem Hebel versetzt ist.
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Auch wird ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät bevorzugt, wobei das zweite Sperrelement in der verriegelten Position, auf der der ersten Rolle abgewandten Seite, um 0,2° bis 0,5° gegen eine vertikale Achse, also die lange Achse des zweiten Sperrelementes in vertikaler Ausrichtung, in Richtung des Anschlags verkippt ist. Mit anderen Worten: die Achse der Klinke und/oder des zweiten Sperrelements ist in der verriegelten Position, in der die Klinke und/oder das zweite Sperrelement am Anschlag anliegt, um 0,2° bis 0,5° verkippt und zwar derart, dass die Seite der des Sperrelements, die vom dritten Drehpunkt aus der ersten Rolle abgewandt ist, in Richtung der zweiten Rolle verdreht ist. Insbesondere kann die Achse, gegen die das zweite Sperrelement verkippt ist, auch durch die Achse durch den dritten Drehpunkt und den Drehpunkt der ersten Rolle gebildet werden.
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Bevorzugt wird auch ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, wobei die Kanten des zweiten Sperrelements, die in der verriegelten Position der ersten Rolle zugewandt sind, abgerundet sind.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die erste Rolle und zweite Rolle unterschiedliche Durchmesser auf.
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Auch wird ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät bevorzugt, bei dem das Auslöseelement ein Auslösemagnet, insbesondere ein Elektromagnet oder eine Spule, insbesondere eine Magnetspule ist.
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Bevorzugt wird auch ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, wobei der Auslösemagnet sowohl mechanisch als auch elektrisch betätigbar ist.
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Weiter bevorzugt wird ein Auslösemechanismus für ein Schaltgerät, bei dem die notwendige Kraft zum Auslösen der mechanische Entriegelung über das Auslöseelement auf das zweite Sperrelement kleiner 50N, bevorzugt kleiner 30N, bevorzugt kleiner 25N, weiter bevorzugt 20N (+/–) 2N ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel für einen Auslösemechanismus für ein Schaltgerät ist das zweite Sperrelement eine Klinke oder Halbwelle.
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Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von einzelnen Abbildungen und Figuren näher erläutert:
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1: Schnittansicht einer Verklinkung aus dem Stand der Technik
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2: Schematische Zeichnung der Hebel und Kräfte für eine Verklinkung gemäß 1
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3: Schnitt durch eine erfindungsgemäße Verklinkung und Auslösevorrichtung
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4: Schematische Darstellung der Verklinkung und Auslösung und der Hebelarme gemäß 3
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5: Schematische Darstellung der Verkippung des zweiten Sperrelementes.
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Die 1 zeigt eine Verklinkung und den dazugehörigen Auslösemechanismus aus dem Stand der Technik, beispielweise der 3TLG Siemens Vakuumschütz. Der Antriebshebel 2 mit dem Drehpunkt des Antriebshebels 1 wird über eine Druckfeder 5 in Richtung der Schaltstellung „aus“ gedrückt. Um den Antriebshebel 2 und somit das Schaltgerät in der Schaltstellung „ein“ zu halten, wird der Antriebshebel 2 mechanisch verklinkt.
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Diese Verklinkung erfolgt über einen am Antriebshebel 2 befestigten Klinkenblock 8. Dieser Klinkenblock 8 wird in der Schaltstellung „ein“ von dem Bolzen 12 blockiert.
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Der Bolzen 12 ist Bestandteil des Hebels 3, wobei der Hebel 3 mittels der Federkraft der Drehfeder 6 in der verklinkten Stellung gehalten wird.
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Zum Entklinken, also zum Auslösen des Schalters, damit dieser in die Schaltstellung „aus“ gelangen kann, wird entweder die Magnetspule 7 bestromt, wobei das Magnetfeld der Magnetspule 7 den Hebel 3 aus der verklinkten Position zieht und so den Antriebshebel 2 freigibt, oder aber der Hebel 3 durch die Stange 10 mechanisch aus der Verriegelungsstellung gezogen, so dass der Bolzen 12 wiederum den Klinkenblock 8 und damit den Hebel 3 freigibt.
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Die Stange 10 wird zur Verringerung von unerwünschten Kräften in einem Lager 11 geführt.
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Auch gezeigt ist ein Unterlegblech 9 unterhalb der Magnetspule.
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Die 2 zeigt im oberen Abschnitt den schematischen und prinzipiellen Aufbau der Auslösevorrichtung nach dem Stand der Technik.
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Der Antriebshebel 20 ist drehbar am Drehpunkt des Antriebhebels 1 gelagert. Die Druckfeder 50 greift am Antriebshebel 20 an. Der Antriebshebel 20 wird durch den Bolzen 120 in der „ein“ Stellung gehalten, sofern sich der Schalter in der verklinkten Schalterstellung „ein“ befindet.
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Der Bolzen 120 ist auf dem Hebel 30 befestigt und der Hebel 30 ist am Drehpunkt 40 drehbar gelagert, und durch die Drehfeder 60 wird der Hebel in der verklinkten Position gehalten, beziehungsweise in diese gedrückt.
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Der Hebel 30 kann entweder mittels der Stange 100 oder der Magnetspule 70 aus der verriegelten Position bewegt werden, so dass der Antriebshebel 20 freigegeben wird und von der Druckfeder 50 bewegt werden kann.
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Der untere Teil der 2 zeigt ebenfalls den Antriebshebel 20 in der verriegelten Position, wobei der Hebelarm des Bolzens 130, der Hebelarm der Spule 140, der Hebelarm der Stange 150 und die Querkraft 160 gezeigt sind.
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Die 3 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Auslösemechanismus. Der Antriebshebel 112 ist an einem Drehpunkt des Antriebshebels 111 drehbar gelagert. In der Schaltstellung „ein“ ist der Antriebshebel 112 über das erste Sperrelement 1116, das als Klinke ausgeführt sein kann, durch die zweite Rolle 1110 bezüglich einer Bewegung weg vom mechanischen Energiespeicher, hier einer Druckfeder 115, gesperrt. Das Sperrelement 1116 ist fest mit dem Antriebshebel 112 verbunden. Die zweite Rolle 1110 ist auf dem Hebel 113 drehbar gelagert. Der Hebel 113 selbst ist drehbar am Drehpunkt des Hebels 113, dem zweiten Drehpunkt 114, gelagert.
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In der verriegelten Position, das heißt in der verklinkten Schaltstellung „ein“ des Schalters, wird der Hebel 113 über die auf dem Hebel 113 drehbar gelagerte erste Rolle 1111 von einem zweite Sperrelement 118 an einer Bewegung weg vom ersten Sperrelement 1116 gehindert. Das zweite Sperrelement 118 liegt unterhalb des dritten Drehpunktes 119, an dem das zweite Sperrelement 118 drehbar gelagert ist, und auf der Seite, die dem Drehpunkt des Hebels 113, also dem zweiten Drehpunkt 114, zugewandt ist, an einem Anschlag 1119 an. Der Anschlag 1119 kann prinzipiell (hier nicht gezeigt) auch oberhalb des dritten Drehpunktes 119, an dem das zweite Sperrelement 118 drehbar gelagert ist, und auf der Seite des zweiten Sperrelements 118 die dem Drehpunkt des Hebels 113, also dem zweiten Drehpunkt 114, abgewandt ist, vorgesehen sein.
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Zum Auslösen, bzw. Entklinken, kann das Auslöseelement 117 entweder mechanisch oder elektronisch das zweite Sperrelement 118 in Bewegung, bzw. Rotation, versetzen. Durch diese Bewegung wird das zweite Sperrelement 118 von der ersten Rolle 1111 wegbewegt und gibt somit den Hebel 113 frei. Insbesondere kann sich das Ende des zweite Sperrelements 118, das der ersten Rolle 1111 zugewandt ist, von der ersten Rolle 1111 weg und auf die zweite Rolle 1110 zu bewegen, und – falls erforderlich – auch an der zweiten Rolle 1110 vorbei weiter bewegen. Der freigegebene Hebel 113 wird in Richtung des zweiten Sperrelements 118 bewegt und ermöglicht somit das Abrollen des ersten Sperrelements 1116 über die zweite Rolle 1110 des Hebels 113. Der so freigegebene, entklinkte oder entriegelte Antriebshebel 112 kann nun durch den mechanischen Energiespeicher 115, hier eine Druckfeder 115, um den Drehpunkt des Antriebshebels 111 gedreht werden und so den Schalter in eine „aus“ Stellung bewegen.
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Eine Drehfeder 116 am Drehpunkt des zweiten Sperrelements 118, also dem dritten Drehpunkt 119, bewirkt, dass im Falle einer Überführung des Schalters in die „Ein“ Stellung das zweite Sperrelement 118 wieder in die verklinkte oder gesperrte Position zurückgedreht wird, was den Hebel 113 zum Sperren des ersten Sperrelements 1116 befähigt bzw. bewegt.
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Der obere Teil der 4 zeigt schematisch den Aufbau der 3. Der Antriebshebel 112 ist am Drehpunkt des Antriebshebels 111 drehbar gelagert. Der Antriebshebel 112 wird durch die zweite Rolle 1110 gesperrt und die Feder 115 daran gehindert, den Antriebshebel 112 aus der gesperrten Position zu drücken. Die zweite Rolle 1110 ist über den Hebelarm 113‘ mit dem Drehpunkt des Hebels 113, also dem zweiten Drehpunkt 114 verbunden. Auf dem Hebel 113 ist auch die erste Rolle 1111 befestigt, und der Hebel 113 wird durch das zweite Sperrlemente 118, das auf die erste Rolle 1111 wirkt, an einer Bewegung in Richtung des zweiten Sperrelements 118 gehindert. Das zweite Sperrelement 118 ist drehbar mit der Druckfeder 116 und dem Drehpunkt des zweiten Sperrelements 118, dem dritte Drehpunkt 119, drehbar gelagert. Das Auslöseelement 117 ist derart vorgesehen, dass es am zweiten Sperrelement 118 angreifen kann und über eine initiierte Drehbewegung des zweiten Sperrelements 118 den Hebel 113 und damit den Antriebshebel 112 freigeben kann.
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Im unteren Teil der 4 sind die Hebelarme auf Seiten des Hebels 113 und des zweiten Sperrelements 118 dargestellt. Der Hebelarm 1113 der ersten Rolle 1111 und der Hebelarm 1112 der zweiten Rolle 1110 sind ebenso gekennzeichnet wie der Hebelarm 1114 des zweiten Sperrelements 118 und der Hebelarm 1115 des Auslöseelements 117.
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Die 5 zeigt eine Prinzipskizze des verklinkten Zustands des zweiten Sperrelements 118, das für eine Selbsthemmung um 0,2° bis 0,5° verkippt oder „überstreckt“ ist. Gezeigt wird die Achse 1121 des Hebels 113 und der Drehpunkt des Hebels 113, also des zweiten Drehpunktes 114, und die erste Rolle 1111, die durch das zweite Verriegelungselement 118 in der verriegelten bzw. verklinkten Stellung gehalten wird. Das zweite Sperrelement 118 ist am dritten Drehpunkt 119 des zweiten Sperrelements 118 derart verkippt, dass sich eine Selbsthemmung ergibt. Erreicht wird diese Selbsthemmung, indem der Drehpunkt der ersten Rolle 1111 auf einer Achse mit dem dritten Drehpunkt 119 des zweiten Sperrelements 118 liegt, und der Anschlag 1119 des zweiten Sperrelements 118 so vorgesehen ist, dass in der verklinkten bzw. verriegelten Stellung die Achse der Klinke 0,2° bis 0,5° gegenüber der gemeinsamen Achse der ersten Rolle 1111 und des dritten Drehpunkts 119 des zweiten Sperrelements 118 verdreht ist. Die Verdrehung findet an der Seite des zweiten Sperrelements 118 vom dritten Drehpunkt 119 aus, die der ersten Rolle 1111 zugewandt ist, in der Richtung statt, die dem Drehpunkt 114 des Hebels 113 abgewandt ist. Gezeigt ist auch der Kraftvektor 1130, der aus der Verdrehung resultiert und für die Selbsthemmung, das heißt „Überstreckung“, verantwortlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehpunkt des Antriebshebels 2
- 2, 20
- Antriebshebel
- 3
- Hebel
- 4, 30
- Drehpunkt des Hebels
- 5, 50
- mechanischer Energiespeicher, Feder, Druckfeder
- 6, 60
- Drehfeder
- 7, 70
- Magnetspule
- 8
- Klinkenblock
- 9
- Unterlegblech
- 10, 100
- Stange
- 11
- Lager
- 12, 120
- Bolzen
- 130
- Hebelarm des Bolzen
- 140
- Hebelarm Magnetspule
- 150
- Hebelarm Stange
- 160
- Querkraft
- 111
- Drehpunkt des Antriebshebels 112, erster Drehpunkt
- 112
- Antriebshebel
- 113
- Hebel
- 114
- Drehpunkt des Hebels 113, zweiter Drehpunkt
- 115
- mechanischer Energiespeicher, Feder, Druckfeder
- 116
- Drehfeder am Drehpunkt des Hebels 113
- 117
- Auslöseelement, Auslösemagnet, Elektromagnet
- 118
- zweites Sperrelement, Klinke
- 119
- Drehpunkt des zweiten Sperrelementes, dritter Drehpunkt
- 1110
- zweite Rolle
- 1111
- erste Rolle
- 1112
- Hebelarm der ersten Rolle
- 1113
- Hebelarm der zweiten Rolle
- 1114
- Hebelarm des zweiten Sperrelementes, der Klinke
- 1115
- Hebelarm des Auslöseelementes
- 1116
- erstes Sperrelement
- 1119
- Anschlag des zweiten Sperrelementes, der Klinke
- 1120
- Achse des zweiten Sperrelementes, der Klinke
- 1130
- resultierender Kraftvektor
- A
- Verkippung um 0,2° bis 0,5°, Überstreckung für Selbsthemmung
- B
- Richtung für das mechanische Auslösen, Entklinken
