DE102017105467A1

DE102017105467A1 - Sperrglieder und Schutzschalter mit Schnellschließeinrichtung

Info

Publication number: DE102017105467A1
Application number: DE102017105467.7A
Authority: DE
Inventors: David Peter Mika; Linda Yvonne Jacobs; Daniel Edward Delfino; Nagesh V. Tumu; Dmitriy Povolotskiy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Abb SpA It
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2017-09-21
Also published as: US10796865B2; US20190259552A1; CN107221479A; CN112908792A; CN107221479B; US20170271107A1; US10276331B2

Abstract

Ein Sperrglied für einen Aktuator mit einem bewegbaren Arm zur Erzielung einer Schnellschließeinrichtung enthält zum Beispiel ein längliches Element mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und wobei ein Abschnitt des länglichen Elementes derart eingerichtet ist, dass das in einer ersten Position angeordnete Sperrglied mit einem Abschnitt des bewegbaren Arms des Aktuators in Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms einzuschränken, und derart, dass das in einer zweiten Position angeordnete Sperrglied mit dem Abschnitt des bewegbaren Arms des Aktuators außer Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms zuzulassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Schutzschalter und insbesondere Sperrglieder für Schutzschalter mit einer Schnellschließeinrichtung.
HINTERGRUND
Schutzschalter sind automatisch betätigte elektrische Schalter, die ausgelegt sind, um elektrische Schaltkreise gegen Beschädigung, die durch Überlast oder Kurzschluss verursacht wird, zu schützen. Eine Grundfunktion besteht darin, einen Fehlerzustand zu detektieren und einen Stromfluss zu unterbrechen.
Gewöhnlich werden die elektrischen Kontakte in einem Schutzschalter durch einen Verriegelungsmechanismus geschlossen gehalten, der ein erstes und ein gesondertes zweites Element, die miteinander in Eingriff bringbar sind, aufweist. Zunächst kann das erste Element positioniert sein, um mit dem zweiten Element in Kontakt zu stehen, um eine Bewegung des zweiten Elementes zu hemmen oder zu verhindern, so dass die elektrischen Kontakte in einer geschlossenen Position gehalten werden. Der Verriegelungsmechanismus kann ausgelöst werden, indem das erste Element mit dem zweiten Element außer Eingriff bewegt oder geschwenkt wird, um dem zweiten Element zu ermöglichen, die elektrischen Kontakte zu bewegen und zu öffnen.
Zusätzlich enthält ein Schutzschalter häufig eine „Schnellschließ“-Einrichtung, die elektrischen Kontakten ermöglicht, schnell von der vollständig offenen Stellung in die geschlossene Stellung geschlossen zu werden. Die Geschwindigkeit des Schließens der elektrischen Kontakte ist davon unabhängig, wie ein durch einen Benutzer betätigter Griff verwendet wird, um das Schließen der elektrischen Kontakte von der offenen Stellung aus zu bewirken, d.h., die Kontaktgeschwindigkeit ist davon unabhängig, wie schnell oder wie langsam der Griff bewegt wird. Herkömmliche Überschnapp-Kippmechanismen erreichen eine Veränderung der Verbindungsgliedorientierung in Bezug auf eine Federspannung, so dass an einem bestimmten kritischen Punkt bei der Griffbewegung ein Kräftegleichgewicht die schnelle Drehung von Verbindungsgliedern herbeiführt, um die Kontakte in den Schließzustand schnappen zu lassen.
KURZBESCHREIBUNG
Unzulänglichkeiten des Standes der Technik werden überwunden und weitere Vorteile werden erzielt, indem in einem Aspekt ein Sperrglied für einen Aktuator mit einem bewegbaren Arm zur Erzielung einer Schnellschließeinrichtung geschaffen ist. Das Sperrglied enthält zum Beispiel ein längliches Element mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei ein Abschnitt des länglichen Elementes derart eingerichtet ist, dass das in einer ersten Position angeordnete Sperrglied mit einem Abschnitt des bewegbaren Armes des Aktuators in Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Armes einzuschränken, und derart, dass das in einer zweiten Position angeordnete Sperrglied mit dem Abschnitt des bewegbaren Armes des Aktuators außer Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Armes zuzulassen.
In dem zuvor erwähnten Sperrglied kann der Abschnitt des länglichen Elementes, der mit dem Abschnitt des bewegbaren Armes in Eingriff bringbar ist, zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Sperrglieds angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Sperrglieds kann der Abschnitt des länglichen Elementes eine Aussparung zur Aufnahme des Abschnitts des bewegbaren Arms, der einen Zapfen aufweist, aufweisen.
Insbesondere kann die Aussparung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des länglichen Elementes angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Sperrglieds kann das Sperrglied eine Nut definieren, um den bewegbaren Arm dazwischen aufzunehmen.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Sperrglieds kann das Sperrglied eine V-förmige Konfiguration aufweisen.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Sperrglieds kann das erste Ende des Sperrglieds an einem Rahmen des Aktuators schwenkbar oder starr anbringbar sein.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann das zweite Ende des Sperrglieds als Reaktion auf eine Bewegung eines Griffs bewegbar sein.
In einem weiteren Aspekt enthält ein Schutzschalter, der eine Schnellschließeinrichtung aufweist, zum Beispiel einen Rahmen, einen stationären elektrischen Kontakt, der an dem Rahmen angebracht ist, einen bewegbaren Arm mit einem ersten Ende, der an dem Rahmen anbringbar ist, und einem zweiten Ende, das einen elektrischen Kontakt aufweist, der mit dem stationären elektrischen Kontakt lösbar in Kontakt bringbar ist, und einen Aktuatormechanismus. Der Aktuatormechanismus enthält eine Hauptvorspanneinrichtung, die wirksam ist, um eine erste Kraft auszuüben, um den bewegbaren Arm in eine erste Richtung zu bewegen, um die elektrischen Kontakte zu öffnen, eine Kontaktvorspanneinrichtung, die wirksam ist, um eine zweite Kraft auszuüben, um den bewegbaren Arm in eine zweite Richtung zu bewegen, um die elektrischen Kontakte zu schließen, und ein Sperrglied, das derart eingerichtet ist, dass das Sperrglied in einer ersten Position mit einem Abschnitt des bewegbaren Arms in Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms durch die Hauptvorspanneinrichtung einzuschränken und die elektrischen Kontakte offen zu halten, und derart, dass das in einer zweiten Position angeordnete Sperrglied mit dem Abschnitt des bewegbaren Arms außer Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms durch die Kontaktvorspanneinrichtung zuzulassen, um die elektrischen Kontakte zu schließen.
In dem zuvor erwähnten Schutzschalter kann der Aktuator ferner einen Griff aufweisen, der über eine erste Distanz bewegbar ist, um das Sperrglied über eine erste Distanz zu bewegen, während eine Bewegung des bewegbaren Arms in die zweite Richtung eingeschränkt ist, und der Griff kann über eine zusätzliche Distanz bewegbar sein, um das Sperrglied mit dem bewegbaren Arm außer Eingriff zu bringen, um der Kontaktvorspanneinrichtung zu ermöglichen, die elektrischen Kontakte zu schließen.
Jeder beliebige vorstehend erwähnte Schutzschalter kann ferner eine Betätigungseinrichtung aufweisen, die funktionsfähig ist, um der Hauptvorspanneinrichtung zu ermöglichen, die geschlossenen elektrischen Kontakte zu schließen.
In jedem beliebigen vorstehenden Schutzschalter kann die zweite Richtung zu der ersten Richtung entgegengesetzt sein.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Sperrglieds kann die Hauptvorspanneinrichtung eine Feder aufweisen, und die Kontaktvorspanneinrichtung kann eine Feder aufweisen.
In jedem beliebigen vorstehend erwähnten Schutzschalter kann der Sperrarm an dem Rahmen schwenkbar oder starr anbringbar sein.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Sperrglieds kann das Außereingriffbringen des Sperrglieds mit dem bewegbaren Arm der Vorspanneinrichtung ermöglichen, die elektrischen Kontakte in weniger als etwa 10 Millisekunden oder weniger zu schließen.
In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Bewegung eines bewegbaren Arms, um eine Schnellschließeinrichtung zu erzielen, geschaffen. Das Verfahren enthält zum Beispiel ein Ineingriffbringen des bewegbaren Arms mit einem Sperrglied, um eine Bewegung des bewegbaren Arms in eine erste Richtung einzuschränken, und Außereingriffbringen des bewegbaren Arms mit dem Sperrglied, um eine Bewegung des bewegbaren Arms in die zweite Richtung zuzulassen.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann das Ineingriffbringen ein Bewegen des Sperrglieds über eine erste Distanz aufweisen, während eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung eingeschränkt wird, und das Außereingriffbringen kann ein Bewegen des Sperrglieds über eine weitere Distanz aufweisen, um das Sperrglied mit dem bewegbaren Arm außer Eingriff zu bringen.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Ineingriffbringen ein Bewegen eines Griffs über eine erste Distanz aufweisen, während eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung eingeschränkt wird, und das Außereingriffbringen kann ein Bewegen des Griffs über eine weitere Distanz aufweisen, um das Sperrglied mit dem bewegbaren Arm außer Eingriff zu bringen.
In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Betätigung eines Schutzschalters zum Öffnen und Schließen elektrischer Kontakte geschaffen. Das Verfahren enthält zum Beispiel ein Ineingriffbringen eines bewegbaren Arms mit einem Sperrglied, um eine Bewegung des bewegbaren Arms in eine erste Richtung einzuschränken und die elektrischen Kontakte offen zu halten, und Außereingriffbringen des Sperrglieds mit dem bewegbaren Arm, um eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung zuzulassen, um die elektrischen Kontakte zu schließen.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann das Ineingriffbringen ein Bewegen des Sperrglieds über eine erste Distanz, während eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung eingeschränkt wird, und Halten der elektrischen Kontakte im Offenzustand aufweisen, und das Außereingriffbringen kann ein Bewegen des Sperrglieds über eine weitere Distanz aufweisen, um das Sperrglied mit dem bewegbaren Arm außer Eingriff zu bringen, um die elektrischen Kontakte zu schließen.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Ineingriffbringen ein Bewegen eines Griffs über eine erste Distanz, während eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung eingeschränkt wird, und Halten der elektrischen Kontakte im Offenzustand aufweisen, und das Außereingriffbringen kann ein Bewegen des Griffs über eine weitere Distanz aufweisen, um das Sperrglied mit dem bewegbaren Arm außer Eingriff zu bringen, um die elektrischen Kontakte zu schließen.
ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile dieser Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Aspekte der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offenkundig, worin zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines Schutzschalters, mit weggeschnittenen Abschnitten, gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie er in einem EIN-Zustand oder einer EIN-Position angeordnet ist;
2 eine Perspektivansicht, mit weggeschnittenen Abschnitten, des Schutzschalters nach 1, der in einer offenen AUS-Position angeordnet ist;
3–5 perspektivische und seitliche Ansichten, mit weggeschnittenen Abschnitten, des Schutzschalters nach 1 unter Veranschaulichung eines Übergangs von einem offenen AUS-Zustand oder einer AUS-Position zu einem geschlossenen EIN-Zustand oder einer EIN-Position;
6 eine Seitenansicht, mit weggeschnittenen Abschnitten, des Schutzschalters nach 1 mit einer Auslösekraft, die auf die nachgiebige Stütze aufgebracht wird, um mit dem Übergang von einer geschlossenen Position zu einer offenen Position zu beginnen;
7 eine Seitenansicht des Schutzschalters nach 1 mit dem Schutzschalter in einer offenen Position, nachdem er ausgelöst wurde und wie er von der geschlossenen Position zu einer offenen Position übergeht;
8 eine Perspektivansicht der nachgiebigen Stütze des Schutzschalters nach 1
9 eine Draufsicht auf das nachgiebige Element der Stütze nach 8;
10 eine Querschnittsansicht des nachgiebigen Elementes der nachgiebigen Stütze, geschnitten entlang der Linie 10-10 nach 9;
11 eine Draufsicht auf eine nachgiebige Stütze gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
12 eine Seitenansicht der nachgiebigen Stütze nach 11;
13 eine vergrößerte Seitenansicht eines Endabschnitts der nachgiebigen Stütze nach 11;
14 eine vergrößerte Querschnittsansicht der nachgiebigen Stütze, geschnitten entlang der Linie 14-14 in 11;
15 eine schematische Darstellung einer nachgiebigen Stütze gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
16 und 17 eine schematische Darstellung eines Übergangs von einem starren Betriebsmodus zu einem flexiblen Betriebsmodus gemäß einer Ausführungsform der nachgiebigen Stütze nach 15, wobei das innere Drehgelenk in dem starren Modus durch Einrichtungen gehemmt ist;
18 und 19 eine schematische Darstellung eines Übergangs von einem starren Modus zu einem flexiblen Modus gemäß einer Ausführungsform der nachgiebigen Stütze nach 15, wobei das innere Drehgelenk in dem starren Modus durch Einrichtungen gehemmt ist, mit denen ein Teil der Verbindungsglieder in Kontakt steht und die eine Drehung beschränken;
20 eine Draufsicht auf das Sperrglied des Schutzschalters nach 1;
21 eine Seitenansicht des Sperrglieds nach 20;
22 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Betätigung eines bewegbaren Armes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
23 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Betätigung eines Schutzschalters, um elektrische Kontakte zu öffnen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
24 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bewegung eines bewegbaren Armes, um eine Schnellschließeinrichtung zu erzielen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
25 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Betätigung eines Schutzschalters zum Öffnen und Schließen elektrischer Kontakte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
26 eine Perspektivansicht eines Schutzschalters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
27 eine Seitenansicht, mit weggeschnittenen Abschnitten, des Schutzschalters nach 26, der in einer offenen AUS-Position angeordnet ist;
28 eine Seitenansicht, mit weggeschnittenen Abschnitten, des Schutzschalters nach 26 unter Veranschaulichung eines Beginns eines Übergangs von einer offenen AUS-Position zu einer geschlossenen Position;
29 eine Seitenansicht, mit weggeschnittenen Abschnitten, des Schutzschalters nach 26, der in einer geschlossenen EIN-Position angeordnet ist;
30 eine Seitenansicht, mit weggeschnittenen Abschnitten, des Schutzschalters nach 26, wobei eine Auslösekraft auf die nachgiebige Stütze ausgeübt wird, um mit dem Übergang von einer geschlossenen Position zu einer offenen Position zu beginnen;
31 eine grafische Darstellung wesentlicher Auswirkungen für eine horizontale Belastung;
32 eine grafische Darstellung wesentlicher Auswirkungen für eine Knickbelastung; und
33 eine grafische Darstellung wesentlicher Auswirkungen für eine axiale und eine Stoßbelastung am Knickpunkt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und bestimmte Merkmale, Vorteile und Details von diesen sind nachstehend in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die nicht beschränkenden Beispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Beschreibungen von allgemeinen bekannten Materialien, Verarbeitungstechniken, etc. sind weggelassen, um die Offenbarung nicht unnötig durch Einzelheiten zu verschleiern. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, während sie Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anzeigen, lediglich zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung angegeben sind. Es werden verschiedene Ersetzungen, Modifikationen, Hinzufügungen und/oder Anordnungen innerhalb des Rahmens und/oder Umfangs der zugrunde liegenden erfindungsgemäßen Konzepte für Fachleute auf dem Gebiet anhand dieser Offenbarung offenkundig sein.
Die vorliegende Offenbarung verwendet in einigen Ausführungsformen eine nachgiebige Stütze, wie beispielsweise ein Biegeelement oder mehrere starre Verbindungsglieder mit einer starren Konfiguration oder einem starren Modus zur Abstützung einer Druckkraft, und die bei einer Auslösung oder Ausknickung in eine flexible Konfiguration oder einen nachgiebigen Modus wechselt. Eine derartige Technik kann in einem Aktuator/Betätigungsmechanismen für Auslösesysteme, bspw. Schutzschalter, verwendet werden. Ein Sperrglied kann ferner vorgesehen sein, um eine Bewegung eines derartigen Aktuator/Betätigungsmechanismus vorübergehend zu beschränken, wodurch der Aktuator/Betätigungsmechanismus zu einem Schnellschließ-Aktuator/Betätigungsmechanismus gemacht wird.
Wie anhand der nachstehenden Beschreibung erkannt wird, kann die Technik der vorliegenden Offenbarung einen Aktuator und einen Schutzschalter bereitstellen, die betriebsfähig sind, um die elektrischen Kontakte in einer geschlossenen Stellung zu halten und um die elektrischen Kontakte zu öffnen, was einen vereinfachten Mechanismus mit weniger Teilen, bei geringeren Kosten und möglicherweise bei erleichterter Herstellung im Vergleich zu einem Aktuator und Schutzschalter ergibt, der einen Verriegelungsmechanismus verwendet, um die elektrischen Kontakte in einer geschlossenen Stellung zu halten und die elektrischen Kontakte zu öffnen. Eine derartige Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung kann einen Schutzschalter mit verbesserten Funktionseigenschaften im Vergleich zu einem herkömmlichen Schutzschalter, der einen Verriegelungsmechanismus verwendet, ergeben.
1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Schutzschalters 10, bspw. eines verriegelungsfreien Schutzschalters, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel befindet sich der Schutzschalter 10, wie in 1 veranschaulicht, in einem EIN-Zustand oder einer EIN-Stellung. Die Ausführungsform nach 1 wird verwendet, um Merkmale der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen, wobei jedoch erkannt wird, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die in 1 veranschaulichte Konfiguration des Schutzschalters beschränkt ist.
Der Schutzschalter 10 enthält allgemein einen Rahmen 20, einen stationären Kontaktarm 30, einen bewegbaren Kontaktarm 40 und einen Aktuator/Betätigungsmechanismus 100. Der Aktuator/Betätigungsmechanismus 100 kann allgemein eine nachgiebige Stütze 110, einen Griff 120, einen Hebel 130, ein Sperrglied 150 und eine Betätigungsstange 160 enthalten. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, kann die nachgiebige Stütze eine starre Konfiguration, die eine gerade Achse definiert, und eine flexible Konfiguration aufweisen, die eine nicht gerade Achse definiert. Die nachgiebige Stütze ist in der starren Konfiguration funktionsfähig, um eine Druckkraft entlang der geraden Achse abzustützen, um bei der Ladung oder Energieversorgung des Schutzschalters und zur Aufrechterhaltung einer geschlossenen Konfiguration des Schutzschalters verwendet zu werden. Die nachgiebige Stütze ist in der flexiblen Konfiguration oder der nachgiebigen gebogenen Konfiguration funktionsfähig, um dem Schutzschalter zu ermöglichen, schnell zu einer offenen Konfiguration zu wechseln.
Wie in 1 veranschaulicht, enthält der bewegbare Kontaktarm 40 ein erstes Ende 41 mit einem bewegbaren Kontakt 42 und zweites Ende 43, das an dem Rahmen 20 schwenkbar angebracht und um einen Zapfen 22 herum drehbar ist. Der stationäre Kontaktarm 30 enthält einen stationären Kontakt 32. Die nachgiebige Stütze 110 enthält ein oberes Ende, das an dem Griff 120 funktionsmäßig anbringbar ist, und ein unteres Ende, das an dem Hebel 130 funktionsmäßig anbringbar ist. Der Hebel 130 ist um den Zapfen 22 herum verschwenkbar und enthält zwei Sätze von Vorspanneinrichtungen, wie etwa Federn, z.B. eine erste Vorspanneinrichtung, wie etwa eine Hauptfeder 132, und eine zweite Vorspanneinrichtung, wie etwa eine Kontaktfeder 134 (wie weiter in 2 veranschaulicht).
2–5 veranschaulichen den Vorgang der Bewegung des Schutzschalters 10 von einem AUS-Zustand oder einer AUS-Position zu einem EIN-Zustand oder einer EIN-Position, und was eine Schnellschließung ergibt, wobei die Geschwindigkeit der Schließung der elektrischen Kontakte davon unabhängig gemacht ist, wie schnell der Griff bewegt wird. Z.B. veranschaulichen die 2–5 den Schutzschalter 10, wie er sich in einer offenen AUS-Position (2) befindet, eine anfängliche Bewegung des Griffs, um die EIN-Position zu erzielen (3), einen Beginn eines Übergangs von einer offenen AUS-Position zu einer geschlossenen EIN-Position (4) und in einer geschlossenen EIN-Position (5).
Anfangs ist, wenn sich der Schutzschalter 10 in einer offenen AUS-Position befindet, wie in 2 veranschaulicht, der Griff 120 in einer äußerst linken Position angeordnet. Der Griff 120 wird von der äußerst linken Position in die Richtung des Pfeils A zu der veranschaulichten Position, wie sie in 3 veranschaulicht ist, hin bewegt. Die Bewegung des Griffs von links nach rechts wird über die nachgiebige Stütze 110 in einer starren Konfiguration übertragen, um eine Drehung des Hebels 130 im Uhrzeigersinn in der Richtung des Pfeils R zu bewirken. Während dieses Vorgangs bleibt die nachgiebige Stütze 110 starr, und sie verbiegt sich nicht. Während der Hebel 130 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird von den beiden Sätzen von Federn die Hauptfeder 132 gestreckt, während die Kontaktfeder 134 (wie am besten in den 1 und 2 veranschaulicht) aufgewickelt wird, um ihre gespeicherte Energie zu erhöhen. Die Hauptfeder 132 wirkt, um der Griffbewegung zu widerstehen, und bei Fehlen der durch die nachgiebige Stütze 110 erzielten Reaktion wird sie den Hebel 130 im Gegenuhrzeigersinn verdrehen, wie dies nachstehend beschrieben ist. Die Kontaktfeder 134 wirkt zwischen dem bewegbaren Kontaktarm 40 und dem Hebel 130 (oder alternativ zwischen einem bewegbaren Kontaktarm und einer Basis) und dient dazu, eine Kontaktkraft zwischen dem bewegbaren Kontakt 42 des bewegbaren Kontaktarmes 40 und dem stationären Kontakt 42 des stationären Armes 30 bereitzustellen, wenn sich diese in eine geschlossenen Position befinden. Die Kontaktkraft ist wirksam, um den elektrischen Kontaktwiderstand und jeden einhergehenden Temperaturanstieg zu reduzieren.
Zusätzlich weist der bewegbare Kontaktarm 40, wie in den 2 und 3 veranschaulicht, eine vollständig offene AUS-Position mit einem großen Abstand zwischen den elektrischen Kontakten 32 und 34 auf. Beide Sätze von Federn in dem Hebel 130, die Hauptfeder 132 und die Kontaktfeder 134, sind mit elastischer Energie geladen, was eine Bewegung zur Folge hat, die wirkt, um den bewegbaren Kontaktarm 40 nach unten zu bewegen, wobei jedoch jede Abwärtsbewegung des bewegbaren Kontaktarmes durch einen Anschlag 44 des bewegbaren Kontaktarmes 40 verhindert wird, der in einer Sattelfläche oder Aussparung 152 (wie am besten in den 1 und 4 veranschaulicht) in dem Sperrglied 150 ruht, in Eingriff steht und zurückgehalten wird.
Wie weiter in 3 veranschaulicht, enthält das Sperrglied 150 ein unteres Ende 154, das funktionsmäßig an einer Basis des Rahmens 20 starr angebracht ist, und ein oberes Ende 156, das funktionsmäßig mit einer an dem Rahmen 20 angebrachten Anschlagstange 26 in Eingriff bringbar ist. Zum Beispiel spannt das untere Ende 154 des Sperrglieds 150, das starr gehalten ist, normalerweise das obere Ende 156 des Sperrglieds 150 in Richtung auf und gegen die Anschlagstange 26 vor, indem es z.B. eine Rückstellkraft an dem oberen Ende 156 des Sperrglieds 150 bereitstellt. Wie vorstehend erwähnt, stellt das Sperrglied 150 einen zusätzlichen Kontaktpunkt und Rückhaltepunkt für den bewegbaren Kontaktarm 40 bereit. Zum Beispiel enthält der bewegbare Kontaktarm 40 den Anschlag 44, wie etwa Vorsprünge, die aus dem bewegbaren Kontaktarm 44 nach außen ragen (wobei 3 einen der Vorsprünge veranschaulicht, während der andere Vorsprung auf der gegenüberliegenden Seite des bewegbaren Armes 40 angeordnet ist). Der Anschlag 44 kann in der Sattelfläche oder der Aussparung 152 in dem Sperrglied 150 lösbar in Eingriff gebracht und angeordnet werden (wobei 3 eine der Sattelflächen oder Aussparungen 152 veranschaulicht, während die andere Sattelfläche oder Aussparung 152 auf der gegenüberliegenden Seite des Sperrglieds 150 angeordnet ist. Abhängig von der Position des Sperrglieds 150 beschränkt die Sattelfläche oder Aussparung 152 den Anschlag 44 des bewegbaren Kontaktarmes 40 an einer Bewegung, und sie hemmt in der Tat den bewegbaren Kontaktarm 40 an einer Bewegung von einer offenen AUS-Position zu einer geschlossenen EIN-Position.
Wie nachstehend beschrieben, ermöglicht das Sperrglied 150 gemeinsam mit der nachgiebigen Stütze 110, dem bewegbaren Kontaktarm 40 und dem Hebel 130 dem Schutzschalter 10, eine Schnellschließeinrichtung zu unterstützen, bei der die Kontakte schnell geschlossen werden können. Zum Beispiel können die elektrischen Kontakte in etwa einigen Millisekunden von der vollständig offenen Stellung in die geschlossene Stellung geschlossen werden. Wie in 3 angezeigt, ist der Griff 120 in einem Schlitz 23 bewegbar, der durch den Rahmen 20 definiert ist, wobei eine Seite 127 des Griffs 120 in einem Abstand D von dem vorderen Rand 25 des Schlitzes 23 entfernt angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 4 wird der Griff 120, um die elektrischen Kontakte zu schließen, weiter nach rechts in der Richtung des Pfeiles B bewegt. Ein abwärts gerichteter Vorsprung 122, der an dem Griff 120 oder einem Teil desselben angebracht ist, kommt mit dem oberen Ende 156 des Sperrglieds 150 in Eingriff und beginnt, dieses nach rechts in der Richtung des Pfeiles C zu drücken, und das Sperrglied 150 um das untere feste Ende 154 herum zu verschwenken und/oder zu verbiegen. Während sich der Griff 120 zu der vollständig vorderen Position bewegt, bewegt sich das obere Ende 156 des Sperrarms 150 nach vorne, wobei sich die Aussparung 152 nach rechts bewegt, wobei der Anschlag 44 des Sperrarms 40 entlang des unteren innenseitigen Abschnitts der Aussparung 152 gleitet, bis der Anschlag 44 nicht mehr in der Aussparung 152 zurückgehalten wird, wie dies in 4 veranschaulicht ist.
Sobald der Anschlag 44 nicht mehr in der Aussparung 152 zurückgehalten ist, wie in 4 veranschaulicht, wird der bewegbare Kontaktarm 40 freigegeben und ihm gestattet, sich zu drehen. Insbesondere bewirkt die durch den Hebel 130 (und insbesondere durch die Feder 134 (1 und 3)) auf den bewegbaren Arm 40 ausgeübte Kraft (nicht die Kraft, die durch den Bediener auf den Griff ausgeübt wird), dass der bewegbare Kontaktarm 40 um das untere feste Ende 154 herum verschwenkt und/oder verbogen wird, so dass der bewegbare Kontaktarm 44 sich nach unten in die Richtung des Pfeiles E bewegt, bis der bewegbare elektrische Kontakt 42 mit dem stationären Kontakt 32 in Kontakt gelangt und in Eingriff kommt, so dass der Schutzschalter 10 sich in einer geschlossenen EIN-Position befindet, wie in 5 veranschaulicht. Die letzte Bewegung des Kontaktarmes kann schnell, in etwa einigen Millisekunden, erzielt werden. Es wird erkannt, dass mit den somit beschriebenen Komponenten die Geschwindigkeit, mit der der Kontaktabstand geschlossen wird, von der Geschwindigkeit, mit der der Griff von der AUS-Konfiguration zu der EIN-Konfiguration bewegt wird, unabhängig ist. Z.B. kann der elektrische Kontakt in etwa 2 Millisekunden bis etwa 10 Millisekunden geschlossen werden.
Anhand der vorliegenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die 2–5 wird erkannt, dass bei einer Bewegung des Griffs von einer vollständig offenen AUS-Position (2) zu der geschlossenen EIN-Position (5) der Hebel 130 sich mit einer Drehung im Uhrzeigersinn bewegt, was darauf zurückzuführen ist, dass die Bewegung des Griffs 120 über die nachgiebige Stütze 110 übertragen wird. Ferner widersteht die Hauptfeder 132 dieser Bewegung, und sie erhöht ihre gespeicherte Energie. Die Kontaktfeder 134 (2 und 3) zwingt den bewegbaren Kontaktarm 40, entweder auf der Querstrebe 138 (1) des Hebels 130 oder dem stationären Kontakt 130 zu liegen zu kommen, was von der Position des Hebels abhängig ist. Falls sich z.B. der Hebel 130 an oder in der Nähe der vollen Position im Uhrzeigersinn befindet, liegt der bewegbare elektrische Kontakt 42 an dem stationären Kontakt 32 an (z.B. hält ein vordefinierter oder vorbestimmter Zwischenraum die Komponenten davon ab, miteinander in Kontakt zu gelangen), und falls sich der Hebel in irgendeiner anderen Position befindet, liegt ein unterer Abschnitt des bewegbaren Kontaktarmes 40 auf der Querstrebe 38 (1) des Hebels 130 an. Es wird ferner erkannt, dass die Reaktionskräfte auf den Griff 120 über den Biegeelement-Hebel-Hauptfeder-Aufbau dazu dienen kann, den Hebel 120 entweder in einer AUS- oder in einer EIN-Position zu halten, sobald dieser dort durch einen Bediener platziert worden ist.
5–7 veranschaulichen den Vorgang des Übergangs des Schutzschalters 10 von dem sicheren EIN-Zustand oder der EIN-Position zu einem AUS-Zustand oder einer AUS-Position, und der eine Schnellunterbrechung ermöglicht, wobei die Geschwindigkeit des Öffnens der elektrischen Kontakte schnell erfolgt. Z.B. veranschaulicht 5, wie der Schutzschalter 10 anfangs in einer gesicherten geschlossenen EIN-Position angeordnet ist, während 6 eine Auslösung oder einen Beginn eines Übergangs von einer geschlossenen EIN-Position zu einer offenen AUS-Position veranschaulicht und 6 eine ausgelöste vollständig offene AUS-Position veranschaulicht.
Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben kann der verriegelungsfreie Schutzschalter eine Schnellunterbrechungseinrichtung aufweisen, die im Wesentlichen durch die nachgiebige Stütze 110 bereitgestellt wird, die z.B. in zwei Konfigurationen oder Betriebsmodi, einer starren Konfiguration oder einem starren Modus und einer flexiblen Konfiguration oder einem nachgiebigen Modus, betrieben werden kann. Wie vorstehend erwähnt und wie in 5 veranschaulicht, ist die nachgiebige Stütze 110 funktionsfähig, um eine axiale Last zwischen zwei Schwenkpunkten in dem starren Modus zu tragen und die axiale Last über einen längeren Zeitraum hinweg abzustützen. Z.B. ist die nachgiebige Stütze 110 funktionsfähig, um eine axiale Last X zu tragen, um den Hebel 130 in Stellung und den bewegbaren Arm in einer geschlossenen Position zu halten.
Zusätzlich kann, wie in den 6 und 7 veranschaulicht, die nachgiebige Stütze 110 durch die Betätigungsstange 160 betätigt werden, die sich in der Richtung des Pfeiles P bewegt, um eine direkte Kraft F (6) auf die nachgiebige Stütze 110 entlang deren Länge auszuüben, um die nachgiebige Stütze 110 derart zu verformen, zu knicken oder umzubiegen, dass die nachgiebige Stütze 110 zu einem nachgiebigen Modus übergeht, der wenig Widerstand gegen die axiale Last bietet, wodurch der Hebel 130 in einer Position im Uhrzeigersinn und der bewegbare Arm 40 in einer geschlossenen Position gehalten werden. Sobald die nachgiebige Stütze 110 betätigt wird und zu dem nachgiebigen oder flexiblen Modus wechselt, der einen reduzierten oder geringen axialen Widerstand bietet, dreht sich der Hebel 130 im Gegenuhrzeigersinn in der Richtung des Pfeiles P (7) um den Zapfen 22 herum, und der bewegbare Kontaktarm 40 verschwenkt um die Drehachse 22 herum in der Richtung des Pfeiles F (7), um die elektrischen Kontakte 32 und 42 schnell zu öffnen.
Falls sich der Hebel 130 z.B. in dessen Gegenuhrzeigersinnposition befindet, wie in 7 veranschaulicht, treibt die Kontaktfeder den bewegbaren Kontaktarm 40 mit einer gewissen Kraft, damit dieser auf der Querstrebe 138 (1) aufliegt. Um den Schutzschalter zurückzusetzen, wird der Griff 120 nach links in der Richtung des Pfeiles G bewegt, was die nachgiebige Stütze veranlasst, zu ihrer starren Konfiguration zurückzukehren, wie in 2 veranschaulicht. Z.B. kann die nachgiebige Stütze, wie nachstehend beschrieben, einen gekrümmten Querschnitt aufweisen, so dass, wenn der Griff 120 nach links bewegt wird, die nachgiebige Stütze zurück in ihre normale starre Konfiguration einschnappt. Es wird erkannt, dass andere Querschnitte, wie beispielsweise runde oder ovale, und die Verwendung geeigneter Materialien und Steifheiten eine nachgiebige Stütze ergeben können, die elastisch biegbar ist und die in ihre normale starre Konfiguration zurückschnappt, nachdem sie gebogen worden ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann ein elektromagnetisches Solenoid 170 betriebsmäßig angeschlossen sein, um die Bewegung der Betätigungsstange 160 auszulösen, die die nachgiebige Stütze 110 von einem starren Modus (5) zu einem nachgiebigen Modus (6 und 7) überführt und den bewegbaren Kontaktarm 40 von einem Kontakt mit dem stationären Arm 30 freigibt. Das Solenoid 170 kann über eine elektronische Einheit oder einen Controller 175 gesteuert werden, der diagnostische Tests durchführt, bevor er die Auslösung des Schutzschalters bewirkt. Während die Beschreibung in Bezug auf einen einpoligen Unterbrecher erfolgt, wird erkannt, dass die Technik der vorliegenden Offenbarung auch auf zwei-, drei- oder mehrpolige Schutzschalter angewandt werden kann.
Anhand der vorliegenden Beschreibung wird erkannt, dass die nachgiebige Stütze leicht, mit wenig Energieeintrag in Form einer Kraft, eines Drehmomentes, thermischer Energie, elektromagnetischer Energie, eines Drucks, etc., von einem starren zu einem nachgiebigen Zustand verändert werden kann und die nachgiebige Stütze ebenso von dem nachgiebigen Modus zu dem starren Modus mit geringem Kraftaufwand zurückgesetzt werden kann. Die nachgiebige Stütze kann viele Male zwischen diesen Zuständen hin und her geschaltet werden.
8–10 veranschaulichen eine Ausführungsform der nachgiebigen Stütze 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In dieser Ausführungsform kann die nachgiebige Stütze 110 ein nachgiebiges Element 112, wie etwa ein längliches Element, ein flaches längliches Element, eine dünn gestaltete Folie, ein Band etc., ein anderes geeignet konfiguriertes Element oder Elemente sein, das bzw. die zwischen zwei Endbefestigungen 114 gehaltert ist bzw. sind, die auch Drehgelenke oder -zapfen 116 enthalten können. In dieser Ausführungsform kann das längliche Element eine Folie oder ein Band mit einem halbkreisförmigen oder gekrümmt gestalteten Querschnitt sein, der über seine gesamte Länge aufrechterhalten werden kann. Das Band ist an den Endbefestigungen angebracht und mit Befestigungsmitteln gesichert. Es können andere Mittel zum Anbringen, um das Band zu sichern, außer den Befestigungsmitteln geeignet eingesetzt werden. Das Zentrum oder die Achse der Zapfen 116 kann relativ zu dem Band um einen Abstand Y versetzt sein. Der Abstand Y kann als der Abstand zwischen dem Rand des Bandes und dem Mittelpunkt des Zapfens, gemessen orthogonal zu der Achse der nachgiebigen Stütze, definiert sein.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Schutzschalter in einer geschlossenen EIN-Position angeordnet sein, bei der die nachgiebige Stütze sich in einem starren Modus befindet. In diesem Modus kann die nachgiebige Stütze axial, d.h. in einer Richtung entlang einer Linie zwischen den Zapfen, in einem hohen Maße belastet werden, und in einem belastungsarmen Zustand bleiben, der für einen längeren Zeitraum, falls nicht unendlich, aufrechterhalten werden kann. Der Bandquerschnitt der nachgiebigen Stütze, die Banddicke und der Versatz können derart gewählt werden, dass, wenn die nachgiebige Stütze axial belastet wird, eine kleine Eingangskraft auf den oder in der Nähe des Mittelpunktes des Bandes zu der Achse des Bandes orthogonal ausgeübt werden kann, so dass dieses umknickt oder sich durchbiegt und in einen nachgiebigen Modus eintritt. In diesem Biegemodus oder nachgiebigen Modus können die Verlagerungen der Enden die Durchbiegung auf die Größenordnung von 1/5-tel der Länge der nachgiebigen Stütze beschränken, so dass die Bandbelastungen angemessen klein und elastisch bleiben, z.B. so, dass wenig oder keine dauerhafte Verformung oder Beschädigung dem Band verliehen wird. Es wird erkannt, dass bei der halbkreisförmigen Querschnittsgestalt des Bandes das Band asymmetrisch ist und eine asymmetrische Reaktion auf Biegung oder Knickung haben kann. Die Festlegung des Versatzes kann ebenfalls die Asymmetrie der Durchbiegung oder Ausknickung beeinflussen.
In dieser Ausführungsform der nachgiebigen Stütze können die Endbefestigungen einzelne oder monolithische Einheiten sein, die aus Metall oder Kunststoff hergestellt sind und die das Band in einem Schlitz aufnehmen können. Die Endbefestigungen aus Kunststoff können spritzgegossen sein. Metallene Endbefestigungen können spritzgegossen, druckgegossen oder maschinell hergestellt sein. Eine Fixierung des Bandes an den Befestigungen kann mit verschiedenen Befestigungsmitteln, Klebstoffen, durch Hartlötung, Diffusionsschweißen, etc. bewerkstelligt werden. Das Band kann einen konstanten Querschnitt aufweisen und durch einen kontinuierlichen Prozess, wie bspw. Profilwalzen, Extrusion oder andere Mittel, hergestellt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Band einen nicht konstanten Querschnitt haben und durch einen nicht kontinuierlichen Prozess hergestellt werden. Während die Offenbarung die nachgiebige Stütze beschreibt und veranschaulicht, wie sie eine halbkreisförmige Gestalt mit konstantem Querschnitt aufweist, wird erkannt, dass andere Formen und Konfigurationen in geeigneter Weise verwendet werden können, um einen starren Modus und einen nachgiebigen Modus bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen kann eine nachgiebige Stütze mehrere dünn gestaltete Folien oder Bänder, wie bspw. gesonderte oder parallele dünn gestaltete Folien oder Bänder, aufweisen und einen halbkreisförmigen oder kurvenförmigen Querschnitt aufweisen. Derartige mehrere dünn gestaltete Folien oder Bänder können eine Feineinstellung oder Abstimmung der Steifigkeits-/Biege-/Knickeigenschaften mit geometrischen Randbedingungen ermöglichen. Andere geometrische Eigenschaften können die Belastungskapazität in dem starren Modus, die Reaktion in dem nachgiebigen Modus beeinflussen, und der erforderliche Krafteintrag für den Übergang kann ein Abstimmen der Antwort der nachgiebigen Stütze auf der Basis der Weite des Bandes, der Länge des Bandes, der Dicke des Bandes, der Krümmung des Bandes, des Materials für das Band, der Positionierung der nachgiebigen Stütze in Bezug auf die Enddrehzapfen (z.B. Versatz) sowie andere Eigenschaften umfassen.
11–14 veranschaulichen eine nachgiebige Stütze 1110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die nachgiebige Stütze 1110 kann eine einstückige oder monolithische Gestaltung aufweisen. Die Band- und Stiftbeschränkungen können aus einer einzigen Bahn erzeugt werden. Z.B. kann eine Endbefestigung einen integrierten Zapfen aus demselben Material enthalten. In anderen Ausführungsformen kann eine Konstruktion einer nachgiebigen Stütze, wie sie etwa in den 11–14 veranschaulicht ist, aus zwei oder mehreren gesonderten Teilen, die zusammengefügt werden, erzeugt werden. Die Endbefestigungen können integrierte Zapfen oder gesondert angebrachte Zapfen aus dem gleichen Material enthalten.
In den vorstehenden Ausführungsformen der nachgiebigen Stützen kann der unbeschränkte Zustand oder die unbeschränkte Konfiguration ein starrer Zustand oder starrer Modus sein. Das will sagen, dass in dem Fall, dass alle äußeren Kräfte und Verlagerungen beseitigt sind, die nachgiebigen Stützen sich in natürlicher Weise zu ihrem unbeschränkten Zustand oder erweiterten Zustand entspannen werden. Diese Wiederherstellung von einem nachgiebigen Zustand oder Modus zu dem starren Zustand oder Modus kann bewerkstelligt werden, indem der Energieeintrag für den Übergang oder der Auslöseeintrag entfernt und den Endzapfen ermöglicht wird, sich frei zu drehen.
Wie vorstehend erwähnt, kann der Übergang der nachgiebigen Stütze von dem starren Modus zu dem nachgiebigen Modus eine Betätigungsstange, ein Solenoid und eine Steuereinheit enthalten. In anderen Ausführungsformen können andere oder mehrere Arten von Energie verwendet werden, um den Übergang der nachgiebigen Stütze von dem starren Modus zu dem nachgiebigen Modus zu erzwingen. Z.B. könnte ein Magnetfeld oder ein elektromagnetisches Feld verwendet werden, um den Zustand eines Metallbandes zu verändern, was dieses veranlasst, sich durchzubiegen oder auszuknicken. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Band aus einem Bimetallmaterial oder -streifen hergestellt sein, das bzw. der durch Temperaturveränderungen in den nachgiebigen Zustand verändert werden kann. Ein Drehmoment könnte auf eine und/oder beide Endbefestigungen ausgeübt werden, um eine Drehung und ein Durchbiegen oder Ausknicken der nachgiebigen Stütze und einen Übergang von einem starren Modus zu dem nachgiebigen Modus zu bewirken.
15 veranschaulicht in schematisierter Weise eine nachgiebige Stütze 2110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In dieser veranschaulichen Ausführungsform enthält die nachgiebige Stütze zwei oder mehrere starre Verbindungsglieder, wie beispielsweise das Verbindungsglied 2112 und das Verbindungsglied 2114. Die Verbindungsglieder können durch Dreh- oder Halbdrehgelenke 2210, 2212 und 2214 verbunden sein. Die Drehgelenke können an den Endbefestigungen angeordnet sein, um zwei Sätze von Drehgelenken, z. B. zwei Enddrehgelenke und ein oder mehrere innere Drehgelenke, bereitzustellen. Das untere Drehgelenk 2214 kann befestigt, z.B. an einem Rahmen eines Schutzschalters verankert sein.
Wie nachstehend in Verbindung mit einem starren Modus und einem nachgiebigen Modus beschrieben, erstreckt sich eine Bezugslinie L zwischen den Enddrehgelenken. In einer Ausführungsform der nachgiebigen Stütze 2110 können die beiden starren Verbindungsglieder gleiche Länge haben und somit ein einzelnes inneres Drehgelenk enthalten. Das innere Drehgelenk 3212 kann um einen Abstand W zu der Linie L der Enddrehgelenke versetzt sein.
Falls sich alle Drehgelenke in einem nachgiebigen Modus frei drehen können und keine weiteren Beschränkungen auferlegt werden, wird die die nachgiebige Stütze 2110 wenig oder keinen Widerstand gegen die Verlagerung der Enden haben. Weil z. B. die Verbindungsglieder starr sind, wird die nachgiebige Stütze eine Veränderung der Konfiguration durch eine Drehung der Verbindungsglieder und eine Verlagerung des inneren Drehgelenkes 2112 von der Enddrehgelenklinie L weiter weg aufnehmen, während eines der Enden zu dem anderen hin in der Richtung der Enddrehgelenklinie verlagert wird. In einem starren Modus kann das innere Drehgelenk 2112 der nachgiebigen Stütze 2110 gehemmt werden. Zum Beispiel wird die Umsetzung zu einem starren Modus erzielt, indem ein Teil der Freiheitsgrade beseitigt wird, wie beispielsweise indem das innere Drehgelenk zu einem sich nicht drehenden umgewandelt oder das innere Verbindungsglied gehaltert wird, um dessen Bewegung zu beschränken.
16 und 17 veranschaulichen eine Ausführungsform eines Übergangs von einem starren Modus (16) zu einem nachgiebigen Modus (17), wobei das innere Drehgelenk in dem starren Modus festgehalten ist. 18 und 19 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform eines Übergangs von einem starren Modus (18) zu einem nachgiebigen Modus (19), wobei das innere Drehgelenk z.B. bezüglich seiner Drehung beschränkt ist. In den verschiedenen Ausführungsformen kann die Übergangskraft zu der ausgeübten axialen Kraft und dem Verlagerungsabstand des inneren Drehgelenkes proportional sein. Um die nachgiebige Stütze zurückzusetzen, kann das obere Drehgelenk nach oben gedrängt werden, oder es kann eine Torsionskraft oder eine lineare Kraft auf das innere Drehgelenk ausgeübt werden. Wie erkannt wird, kann einen nachgiebige Stütze mit starren Verbindungsgliedern in einen Schutzschalter, beispielsweise den Schutzschalter 10 (1), aufgenommen werden.
Unter Bezugnahme auf die 20 und 21 kann das Sperrglied 150 eine im Wesentlichen V-förmige Konfiguration mit einem ersten Bein 157 und einem zweiten Bei 159 enthalten. Das untere Ende 154 des ersten Beines kann über einen Stift 24 an dem Rahmen 20 (1) verankert sein.
Indem erneut auf das Sperrglied Bezug genommen wird, kann ein Betätigungsmechanismus oder ein Schutzschalter ein Sperrglied enthalten, das in anderen Drehachsen funktioniert (d.h. sich um irgendeine versetzte Achse im Vergleich zu der Drehachse des Kontaktarmes dreht). Ein Sperrglied kann einen festen Drehpunkt haben und starre Elemente enthalten oder nachgiebig oder flexibel beschaffen sein (z.B. eingerichtet sein und ähnliche Merkmale bieten wie eine nachgiebige Stütze) und keine Drehachse haben. Zum Beispiel kann ein derartiges Sperrglied in diesem Fall sich durchbiegen, um sich in eine Sperrposition hinein und aus dieser heraus zu bewegen. Das Sperrglied kann zur Freigabe über viele verschiedene Mittel ausgelöst werden: die Hebelposition, die Griffposition, einen gesonderten Druckknopf, eine Logiksteuerung, etc. Ein Sperrglied kann auch frei von einer Drehachse beschaffen sein. D.h., ein Sperrglied kann an einer Basis eines Rahmens befestigt sein und sich elastisch durchbiegen, um eine sperrende Konfiguration und eine nicht sperrende Konfiguration, z.B. eine nachgiebige Ausführungsform, zu erreichen.
In anderen Ausführungsformen kann ein Sperrglied passiv funktionieren und keinen gesonderten Freigabemechanismus erfordern, so dass z.B. keine Aussparung und kein Anschlag, wie zuvor oben beschrieben, erforderlich sind. In dieser Ausführungsform verändert sich eine Ausdehnung eines bewegbaren Kontaktarmes, wenn das System eingeschalten wird. Das Sperrglied kann so festgelegt werden, dass es mit dem bewegbaren Kontaktarm für alle Positionen in Eingriff gelangt, außer wenn der Griff sich vorne in der EIN-Position befindet. Eine Konstruktion mit zwei Drehachsen des bewegbaren Kontaktarmes kann diesen Wechseleingriff herstellen und steuern. Während einer Auslösung kann ein Sperrglied durchratschen, um dem bewegbaren Kontaktarm so gestatten, frei vorbeizukommen.
22 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens 300 zur Betätigung eines bewegbaren Armes. Das Verfahren 300 kann z.B. bei 310 ein Ausüben einer Kraft zur Bewegung des bewegbaren Armes in eine erste Richtung, bei 320 ein Abstützen, mit einer nachgiebigen Stütze, die sich in einer starren Konfiguration befindet, die eine gerade Achse definiert, einer Druckkraft entlang der geraden Achse aufgrund und entgegen der Kraft, die auf den bewegbaren Arm ausgeübt wird, um den bewegbaren Arm an einer Bewegung in der ersten Richtung zu hindern, und bei 330 ein Ausüben einer Auslösekraft auf die nachgiebige Stütze enthalten, um die starre Konfiguration in eine flexible Konfiguration mit einer nicht geraden Achse zu überführen und eine Abstützung der Druckkraft aufzuheben, um dem bewegbaren Arm zu ermöglichen, sich in die erste Richtung zu bewegen.
23 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens 400 zur Betätigung eines Schutzschalters zum Öffnen und Schließen elektrischer Kontakte. Das Verfahren 400 kann z.B. bei 410 ein Ausüben einer ersten Kraft, die wirksam ist, um einen bewegbaren Arm in eine erste Richtung zu bewegen, um die elektrischen Kontakte zu öffnen, bei 420 ein Ausüben einer zweiten Kraft, die wirksam ist, um den bewegbaren Arm in eine zweite Richtung zu bewegen, um die elektrischen Kontakte zu schließen, bei 430 ein Abstützen, mit einer nachgiebigen Stütze, die sich in einer starren Konfiguration befindet, die eine gerade Achse definiert, einer Druckkraft entlang der geraden Achse aufgrund und entgegen der ersten Kraft, die auf den bewegbaren Arm ausgeübt wird, um ein Öffnen der geschlossenen elektrischen Kontakte zu verhindern, und bei 450 ein Ausüben einer Auslösekraft auf die nachgiebige Stütze enthalten, um die starre Konfiguration in eine flexible Konfiguration mit einer nicht geraden Achse zu überführen und die Abstützung der Druckkraft aufzuheben, um ein Öffnen der geschlossenen elektrischen Kontakte zu gestatten.
24 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens 500 zum Bewegen eines bewegbaren Armes, um eine Schnellschließeinrichtung zu erzielen. Das Verfahren 500 kann z.B. bei 510 ein Ineingriffbringen des bewegbaren Armes mit einem Sperrglied, um eine Bewegung des bewegbaren Armes in eine erste Richtung zu hemmen, und bei 520 ein Außereingriffbringen des bewegbaren Armes mit dem Sperrglied enthalten, um eine Bewegung des bewegbaren Armes in der ersten Richtung zu ermöglichen.
25 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens 600 zur Betätigung eines Schutzschalters zum Öffnen und Schließen elektrischer Kontakte. Das Verfahren 600 kann zum Beispiel bei 610 ein Ineingriffbringen eines bewegbaren Armes mit einem Sperrglied, um eine Bewegung des bewegbaren Armes in eine erste Richtung zu hemmen und den elektrischen Kontakt offen zu halten, und bei 620 ein Außereingriffbringen des Sperrglieds mit dem bewegbaren Arm enthalten, um eine Bewegung des bewegbaren Armes in die erste Richtung zum Schließen der elektrischen Kontakte zu ermöglichen.
26 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Schutzschalters 3010, wie etwa eines verriegelungsfreien Schutzschalters, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel befindet sich der Schutzschalter 3010, wie in 26 veranschaulicht, in einem EIN-Zustand oder einer EIN-Position. Die Ausführungsform nach 26 wird verwendet, um Merkmale der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen, wobei jedoch erkannt wird, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die in 26 veranschaulichte Konfiguration des Schutzschalters beschränkt ist.
Der Schutzschalter 3010 enthält allgemein einen Rahmen 3020, einen stationären Kontaktarm 3030, einen bewegbaren Kontaktarm 3040 und einen Aktuator/Betätigungsmechanismus 3100. Der Aktuator/Betätigungsmechanismus 3100 kann allgemein eine nachgiebige Stütze 3110, einen Griff 3120, einen Hebel 3130, ein Sperrglied 3150 und eine Betätigungsstange 3160 enthalten. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, kann die nachgiebige Stütze eine starre Konfiguration, die eine gerade Achse definiert, und eine flexible Konfiguration, die eine nicht gerade Achse definiert, aufweisen. Die nachgiebige Stütze ist in der starren Konfiguration funktionsfähig, um eine Druckkraft entlang der geraden Achse zur Verwendung bei der Belastung und Energieversorgung des Schutzschalters aufzunehmen und den Schutzschalter in einer geschlossenen Konfiguration zu halten. Die nachgiebige Stütze ist in der flexiblen Konfiguration oder nachgiebigen gebogenen Konfiguration funktionsfähig, um dem Schutzschalter zu ermöglichen, schnell zu einer offenen Konfiguration zu wechseln.
Wie in 26 veranschaulicht, enthält der bewegbare Kontaktarm 3040 ein erstes Ende 3041 mit einem bewegbaren Kontakt 3042 und ein zweites Ende 3043, das an dem Rahmen 3020 schwenkbar angebracht und um einen Zapfen 3022 herum drehbar ist. Der stationäre Kontaktarm 3030 enthält einen stationären Kontakt 3032. Die nachgiebige Stütze 3110 enthält ein oberes Ende, das an dem Griff 3120 wirksam anbringbar ist, und ein unteres Ende, das an dem Hebel 3130 wirksam anbringbar ist. Der Hebel 3130 ist um den Zapfen 3022 herum verschwenkbar und enthält zwei Sätze von Vorspanneinrichtungen, wie etwa Federn, z.B. eine erste Vorspanneinrichtung, wie etwa eine Hauptfeder 3132, und eine zweite Vorspanneinrichtung, wie beispielsweise eine Kontaktfeder 3134.
27–29 veranschaulichen den Vorgang der Bewegung des Schutzschalters 3010 von einem AUS-Zustand oder einer AUS-Position zu einem EIN-Zustand oder einer EIN-Position, und die eine Schnellschließung ermöglicht, wobei die Geschwindigkeit der Schließung der elektrischen Kontakte unabhängig davon beschaffen ist, wie schnell der Griff bewegt wird. Zum Beispiel veranschaulichen die 27–29 den Schutzschalter 3010, wie er sich in einer offenen AUS-Position (27) befindet, einen Beginn eines Übergangs von einer offenen AUS-Position zu einer geschlossenen EIN-Position (28) sowie in einer geschlossenen EIN-Position (29).
Unter Bezugnahme auf 27 und mit dem Schutzschalter 3010, der in einer offenen AUS-Position angeordnet ist, bei der der Griff 3120 sich in einer äußerst linken Position befindet (in 27 nicht veranschaulicht), wird der Griff 3120 zunächst von der äußerst linken Position in die Richtung des Pfeiles J zu der veranschaulichten Position hin bewegt. Die Bewegung des Griffs von links nach rechts wird über die nachgiebige Stütze 3110 in einer starren Konfiguration übertragen, um eine Drehung des Hebels 3130 im Uhrzeigersinn in der Richtung des Pfeiles K zu bewirken. Während dieses Vorgangs bleibt die nachgiebige Stütze 3110 starr, und sie verbiegt sich nicht. Wenn der Hebel 3130 im Uhrzeigersinn gedreht wird, werden die beiden Sätze von Federn, die Hauptfeder 3132 und die Kontaktfeder 3134 (wobei Teilansichten der Federsätze am besten in 26 veranschaulicht sind) gespannt oder aufgewickelt, um ihre gespeicherte Energie zu erhöhen. Die Hauptfeder 3132 (26) wirkt, um der Griffbewegung zu widerstehen, und bei Fehlen der durch die nachgiebige Stütze 3110 bereitgestellten Reaktion wird sich der Hebel 3110 im Gegenuhrzeigersinn verdrehen, wie dies nachstehend beschrieben ist. Die Kontaktfeder 3134 (26) wirkt zwischen dem bewegbaren Kontaktarm 3040 und dem Hebel 3130 (oder alternativ zwischen einem bewegbaren Kontaktarm und einer Basis) und dient dazu, eine Kontaktkraft zwischen dem bewegbaren Kontakt 3042 des bewegbaren Kontaktarmes 3040 und dem stationären Kontakt 3032 des stationären Armes 3030 bereitzustellen, wenn sie sich in einer geschlossenen Position befinden. Die Kontaktkraft ist wirksam, um den elektrischen Kontaktwiderstand und jeden einhergehenden Temperaturanstieg zu reduzieren.
Zusätzlich zeigt der bewegbare Kontaktarm 3040, wie in 27 veranschaulicht, eine vollständig offene AUS-Position mit einem großen Abstand zwischen den elektrischen Kontakten 3032 und 3042. Beide Sätze von Federn in dem Hebel 3110, die Hauptfeder 3132 (26) und die Kontaktfeder 3134, werden mit elastischer Energie belastet, was eine Bewegung zur Folge hat, die wirkt, um den bewegbaren Kontaktarm 3040 abwärts zu bewegen, wobei jedoch jede Abwärtsbewegung des bewegbaren Kontaktarmes durch den Anschlag 3044 des bewegbaren Kontaktarmes 3040 verhindert wird, der in einer Aussparung 3152 in dem Sperrglied 3150 aufliegt, in Eingriff steht oder zurückgehalten wird.
Wie weiter in 27 veranschaulicht, enthält das Sperrglied 3150 ein unteres Ende 3154, das an einer Basis des Rahmens 3020 über einen Zapfen 3024 schwenkbar angebracht ist, und ein oberes Ende 3156, das mit einem Anschlag 3126, das an dem Rahmen 3020 angebracht ist, funktionsmäßig in Eingriff bringbar ist. Zum Beispiel spannt eine Feder 3158 normalerweise das obere Ende 3156 des Sperrglieds 3150 in Richtung auf und gegen den Anschlag 3026, wobei die Feder 3158 z.B. eine Rückstellkraft auf das obere Ende 3156 des Sperrglieds 3150 ausübt. Wie vorstehend erwähnt, stellt das Sperrglied 3150 einen zusätzlichen Kontaktpunkt und eine Halteeinrichtung für den bewegbaren Kontaktarm 3040 bereit. Zum Beispiel enthält der bewegbare Kontaktarm 3040 den Anschlag 3044 (wie am besten in 26 veranschaulicht), beispielsweise einen Vorsprung, der von dem bewegbaren Kontaktarm 3040 nach außen ragt. Der Anschlag 3044 kann in einer Sattelfläche oder Aussparung 3152 in dem Sperrglied 3150 lösbar in Eingriff gebracht und angeordnet werden. In Abhängigkeit von der Position des Sperrglieds 3150 beschränkt die Sattelfläche oder Aussparung 3152 eine Bewegung des Anschlags 3044 des bewegbaren Kontaktarmes 3040 und hemmt in der Tat eine Bewegung des bewegbaren Kontaktarmes 3040 von einer offenen AUS-Position zu einer geschlossenen EIN-Position.
Wie nachstehend beschrieben, ermöglicht das Sperrglied 2150 gemeinsam mit der nachgiebigen Stütze 3110, dem bewegbaren Kontaktarm 3040 und dem Hebel 3130 dem Schutzschalter 3010, eine Schnellschließeinrichtung zu unterstützen, bei der die Kontakte schnell geschlossen werden können. Zum Beispiel können die elektrischen Kontakte in etwa einigen Millisekunden von der vollständig offenen Position zu der geschlossenen Position geschlossen werden.
Unter Bezugnahme auf 28 wird der Griff 3120, um die elektrischen Kontakte zu schließen, weiter nach rechts in der Richtung des Pfeiles L bewegt. Ein abwärts gerichteter Vorsprung 3122, der an dem Griff 3120 oder einem Teil desselben angebracht ist, kommt mit dem oberen Ende 3156 des Sperrglieds 3150 in Eingriff und beginnt, dieses nach rechts in der Richtung des Pfeiles M zu drücken und das Sperrglied 3150 um den Drehpunkt 3024 in der Richtung des Pfeiles N zu verschwenken. Während sich der Griff 3120 zu der vollständig vorderen Position (wie in 29) bewegt, bewegt sich das obere Ende 3156 des Sperrarms 3150 nach vorne, während sich die Aussparung 3152 nach rechts bewegt, wobei der Anschlag 3044 des Sperrarms 3040 entlang des unteren innenseitigen Abschnitts der Aussparung 3152 gleitet, bis der Anschlag 3044 nicht mehr in der Aussparung 3152 zurückgehalten ist, wie in 28 veranschaulicht.
Sobald der Anschlag 3044 nicht mehr in der Aussparung 3152 zurückgehalten ist, wie in 28 veranschaulicht, wird der bewegbare Kontaktarm 3040 freigegeben und diesem ermöglicht, sich zu verdrehen. Insbesondere bewirkt die Kraft, die durch den Hebel 3130 auf den bewegbaren Kontaktarm 3040 ausgeübt wird (nicht die Kraft, die durch den Bediener auf den Griff ausgeübt wird), dass der bewegbare Kontaktarm 3040 um den Zapfen 3024 herum derart verschwenkt, dass sich der bewegbare Kontaktarm nach unten in der Richtung des Pfeiles M bewegt, wie dies in 28 veranschaulicht ist, bis der elektrische Kontakt 3042 mit dem stationären Kontakt 3042 in Kontakt gelangt, wobei der Schutzschalter 10 sich in einer geschlossenen EIN-Position befindet, wie in 29 veranschaulicht. Die endgültige Bewegung des Kontaktarmes kann schnell, in etwa einigen Millisekunden, bewerkstelligt werden. Es wird erkannt, dass mit den somit beschriebenen Komponenten die Geschwindigkeit, mit der der Kontaktabstand geschlossen wird, von der Geschwindigkeit, mit der der Griff von der AUS-Konfiguration zu der EIN-Konfiguration bewegt wird, unabhängig ist. Zum Beispiel kann der elektrische Kontakt in etwa 2 Millisekunden bis etwa 10 Millisekunden geschlossen werden.
Anhand der vorliegenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die 27–29 wird erkannt, dass bei der Bewegung des Griffs von einer vollständig offenen AUS-Position zu der geschlossenen EIN-Position (29) der Hebel 3130 sich mit einer Drehung im Uhrzeigersinn bewegen wird (27), was darauf zurückzuführen ist, dass die Bewegung des Griffs 3120 über die nachgiebige Stütze 3110 übertragen wird. Ferner widersetzt sich die Hauptfeder 3132 (26) dieser Bewegung, und sie erhöht ihre gespeicherte Energie. Die Kontaktfeder 3134 (26) zwingt den bewegbaren Kontaktarm 3040, entweder auf einer Querstrebe 3138 (26) des Hebels 3130 oder dem stationären Kontakt 3032 aufzuliegen, was von der Position des Hebels abhängig ist. Falls sich z.B. der Hebel 3130 bei oder in der Nähe der vollen Position im Uhrzeigersinn befindet, liegt der bewegbare elektrische Kontakt 3042 dann auf dem stationären Kontakt 3032 auf (wobei z.B. ein vordefinierter oder vorbestimmter Zwischenraum die Komponenten davon abhält, miteinander in Kontakt zu gelangen), und falls der Hebel sich in irgendeiner anderen Position befindet, liegt ein unterer Abschnitt des bewegbaren Kontaktarmes 3040 auf der Querstrebe 3138 (26) des Hebels 3130 auf. Es wird ferner erkannt, dass die Reaktionskräfte auf den Griff 3120 über den Biegeelement-Hebel-Hauptfeder-Aufbau dazu dienen können, den Griff 3120 entweder in einer AUS- oder in einer EIN-Position zu halten, sobald dieser dort durch einen Bediener platziert worden ist.
29, 30 und 27 veranschaulichen den Vorgang der Bewegung des Schutzschalters 3010 von dem sicheren EIN-Zustand oder der EIN-Position zu einem AUS-Zustand oder der AUS-Position, und der eine Schnellunterbrechung ermöglicht, wobei die Geschwindigkeit des Öffnens der elektrischen Kontakte schnell ist. Zum Beispiel veranschaulichen die 29, 30 und 26, wie der Schutzschalter 3010 in einer gesicherten geschlossenen EIN-Position angeordnet ist (29), ein Auslösen oder einen Beginn eines Übergangs von einer geschlossenen EIN-Position zu einer offenen AUS-Position (30) und eine vollständig offene ausgelöste AUS-Position (27).
Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, kann der verriegelungsfreie Schutzschalter eine Schnellunterbrechungseinrichtung aufweisen, die im Wesentlichen durch die nachgiebige Stütze 310 bereitgestellt wird, die z. B. in zwei Konfigurationen oder Betriebsmodi, einer starren Konfiguration oder einem starren Modus und einer flexiblen Konfiguration oder einem nachgiebigen Modus, funktionsfähig ist. Wie vorstehen erwähnt und wie in 29 veranschaulicht, ist die nachgiebige Stütze 3110 funktionsfähig, um eine Axiallast zwischen zwei Drehpunkten in dem starren Modus zu tragen und die Axiallast über eine längere Zeitdauer hinweg abzustützen. Zum Beispiel ist die nachgiebige Stütze 3110 funktionsfähig, um eine Axiallast P zu tragen, um den Hebel 3130 in Stellung und den bewegbaren Arm in einer geschlossenen Position zu halten.
Zusätzlich kann, wie in 30 veranschaulicht, die nachgiebige Stütze 3110 durch eine Betätigungsstange 3160 betätigt werden, die sich in der Richtung des Pfeiles S bewegt, um eine direkte Kraft H auf die nachgiebige Stütze 3110 entlang deren Länge auszuüben, um die nachgiebige Stütze 3110 derart zu verformen, zu knicken oder zu biegen, dass die nachgiebige Stütze 3110 zu einem nachgiebigen Modus wechselt, der wenig Widerstand gegen die Axiallast bietet und der den Hebel 3130 in einer Position im Uhrzeigersinn und den bewegbaren Arm in eine geschlossenen Position hält. Sobald die nachgiebige Stütze 3110 betätigt wird und zu dem nachgiebigen oder flexiblen Modus übergeht, der einen reduzierten oder geringen axialen Widerstand bietet, verdreht sich der Hebel 3130 im Gegenuhrzeigersinn um den Zapfen 3022 herum in der Richtung des Pfeiles Z, und der bewegbare Kontaktarm 3030 verschwenkt um den Drehpunkt 3022 in der Richtung des Pfeiles Y, um die elektrischen Kontakte 3032 und 3042 schnell zu öffnen, wie in 28 veranschaulicht.
Falls sich z.B. der Hebel 3130 in dessen Position im Gegenuhrzeigersinn befindet, treibt die Kontaktfeder den bewegbaren Kontaktarm 3040 derart, dass dieser auf der Querstütze 3138 mit einiger Kraft aufliegt. Um den Schutzschalter zurückzusetzen, wird der Hebel 3120 nach links bewegt, was die nachgiebige Stütze veranlasst, zu ihrer starren Konfiguration zurückzukehren. Zum Beispiel kann, wie vorstehend beschrieben, die nachgiebige Stütze einen gekrümmten Querschnitt aufweisen, so dass, wenn der Griff 3120 nach links bewegt wird, die nachgiebige Stütze in ihre normale starre Konfiguration zurückschnappt. Es wird erkannt, dass andere Querschnitte, wie bspw. runde oder ovale, und die Verwendung geeigneter Materialien und Steifigkeiten eine nachgiebige Stütze ergeben können, die zu ihrer normalen starren Konfiguration zurückschnappt, nachdem sie gebogen worden ist.
In dem erneut auf 26 Bezug genommen wird, kann ein elektromagnetisches Solenoid 3170 funktionsmäßig angeschlossen sein, um die Bewegung der Betätigungsstange 3160 auszulösen, die die nachgiebige Stütze 3110 von einem starren Modus zu einem nachgiebigen Modus überführt und den bewegbaren Kontaktarm 3040 von einem Kontakt mit dem stationären Arm 3030 freigibt. Das Solenoid 3170 kann über eine elektronische Einheit oder einen Controller 3175 gesteuert werden, die bzw. der diagnostische Tests durchführt, bevor sei bzw. er das Auslösen des Schutzschalters bewirkt. Während die Beschreibung in Bezug auf einen einpoligen Unterbrecher erfolgt, wird erkannt, dass die Technik der vorliegenden Offenbarung auf 2-, 3- oder mehrpolige Schutzschalter angewandt werden kann.
Anhand der vorliegenden Beschreibung wird erkannt, dass die nachgiebige Stütze leicht von einem starren zu einem nachgiebigen Zustand verändert werden kann, und dies mit einem geringen Energieeintrag in Form einer Kraft, eines Drehmomentes, einer Wärmeenergie, elektromagnetischen Energie, eines Drucks, etc., und die nachgiebige Stütze kann ebenso von dem nachgiebigen Modus zu dem starren Modus mit geringem Kraftaufwand zurückgesetzt werden. Die nachgiebige Stütze kann viele Male zwischen diesen Zuständen zuverlässig hin und her geschaltet werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die nachgiebige Stütze ein nachgiebiges Element, wie bspw. ein Verbindungsglied, Verbindungsglieder, ein Folienbiegeelement, ein Band, Biegemembranen und ein erstes und ein zweites Biegegelenk, die verstiftete Verbindungen ermöglichen, sein. Die beiden Enddrehgelenke oder Endbefestigungen können parallel zueinander angeordnet und um etwa 25 mm bis etwa 40 mm für eine oder mehrere Ausführungsformen der Schutzschalter oder mehr oder weniger, z.B. für andere Anwendungen, voneinander getrennt sein. Die Zapfenendverbindungen können mit anderen Verbindungsgliedern oder Anordnungen, wie erforderlich, verbunden sein und können sich frei drehen oder alternativ können nicht frei drehbar sein.
In dem ersten oder starren Modus kann die nachgiebige Stütze in der Lage sein, eine große Last in der Achse der nachgiebigen Stütze (d.h. einer Linie an oder nahezu entlang einer Linie folgend, die zwischen den Drehgelenken oder Endbefestigungen eingezeichnet wird) aufzunehmen. In der Anwendung in einem Schutzschalter kann die aufgenommene axiale Last in einem Größenbereich von etwa 100 Newton bis etwa 400 Newton liegen, und die Zapfen können einen Durchmesser von etwa 2 mm bis etwa 3 mm haben. In dem starren Modus ist das Verbindungsglied in der Lage, diese Last für einen längeren Zeitraum (bis zu der Größenordnung von etwa 10⁸ Sekunden) zu halten, und es kann gegen stoßhafte Vibrationen und andere raue Umgebungsbedingungen, wie bspw. erhöhte Temperatur, Feuchtigkeit, etc., robust sein.
In dem zweiten oder nachgiebigen Modus kann den Zapfen gestattet sein, sich mit geringem oder ohne Widerstand zueinander zusammenzuziehen. In der Anwendung zum Einsatz in Schutzschaltern können die Zapfen sich in dem nachgiebigen Modus um in etwa 1/5-tel des Abstands oder etwa 5 mm bis etwa 8 mm oder um einen anderen geeigneten Abstand, abhängig von den speziellen Anforderungen der Anwendung, zueinander zusammenzuziehen.
Bei dem Übergang von dem starren Modus zu dem nachgiebigen Modus der nachgiebigen Stütze ist eine Eingabe erforderlich, um die Konfiguration der nachgiebigen Stütze festzusetzen oder zu verändern. Die Eingabe kann in Form einer Kraft, einer Impulsbelastung, eines Drehmomentes, thermischer Energie, elektromagnetischer Energie, eines Drucks, etc. vorliegen. Es ist erwünscht, eine niedrige Eingabeenergieschwelle zur Konfigurationsveränderung zu haben. Zum Beispiel kann für eine Verwendung in einem Schutzschalter eine Eingabeenergie in Form einer Kraft in der Größenordnung von etwa 1 Newton bis etwa 2 Newton vorliegen.

Der Übergang der nachgiebigen Stütze von dem nachgiebigen Modus zu dem starren Modus kann erreicht werden, indem die eingetragene Übergangsenergie beseitigt und der ursprüngliche Trennabstand der Zapfen wiederhergestellt wird. Es kann keine weitere Eingabe erforderlich sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die beiden Anforderungen für einen erfolgreichen Übergang sich wie eine logische UND-Operation verhalten: beide müssen erfüllt sein, um die Vorrichtung in den starren Modus zurückzubringen, und falls nicht, bleibt die Vorrichtung in dem nachgiebigen Modus, wie dies in der Tabelle 1 nachstehend veranschaulicht ist. TABELLE 1: Zustandsabhängigkeiten der Vorrichtung

Energieeingabezustand	Endzapfenzustand	Vorrichtungszustand
Energieeingabe angewandt	Endzapfen erweitert	Nachgiebiger Zustand
Energieeingabe nicht angewandt	Endzapfen erweitert	Starrer Zustand
Energieeingabe angewandt	Endzapfen zusammengezogen	Nachgiebiger Zustand
Energieeingabe nicht angewandt	Endzapfen zusammengezogen	Nachgiebiger Zustand

Somit kann die Vorrichtung derart klassifiziert werden, dass sie zwei stabile Zustände mit Übergangsoperationen, um die Konfiguration zwischen diesen Zuständen zu verändern, aufweist. Diese sind in Tabelle 2 nachstehend zusammengefasst. TABELLE 2: Bimodale Verbindungszustände

Zustand/Übergang	Starrer Zustand	Übergang von starr zu nachgiebig	Nachgiebiger Zustand	Übergang von nachgiebig zu starr
Beschreibung	Verhält sich wie eine starre Verbindung. Trennabstand zwischen parallelen Zapfen ist unter Last konstant oder nahezu konstant. Widerstandsfähig gegen Stoßbelastung. Fähig, den Zustand für längere Zeitdauer aufrechtzuerhalten.	Für den Übergang ist niederwertige Energieeingabe erforderlich. Die Energie kann in Form einer Kraft, eines Drehmomentes, Drucks, thermischer Energie, etc. vorliegen.	Verhält sich wie eine nachgiebige Verbindung. Die Zapfen können sich mit geringem Widerstand frei in Richtung aufeinander zusammenziehen.	Vorrichtung wird zurückgesetzt, wenn die Zapfen zu dem Trennabstand des starren Zustands erweitert werden und die Energieeingabe beseitigt wird.

Die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung kann effektiv in elektrischen Schaltvorrichtungen eingesetzt werden, bei denen große Lasten aufgenommen werden müssen, um eine Kraft für einen kraftschlüssigen elektrischen Kontakt bereitzustellen, jedoch eine kleine Eingabe von Energie oder Kraft erforderlich ist, um diese zu entlasten. In dem Fall von Schutzschaltern kann ein Auslösen der elektrischen Kontakte mit einem geringen Impuls, wie bspw. einem, der durch ein erwärmtes Bimetall-Element geliefert wird, oder mit anderen Vorrichtungen, wie vorstehend beschrieben, erzielt werden.

Tabelle 3 veranschaulicht die Ergebnisse für nachgiebige Stützen mit einer Bandlänge von 40 mm und einer Dicke von 0,12 mm. TABELLE 3

Radius (mm)	Weite (mm)	Versatz (mm)	Horizontale Last (N) Für axiale Last von 65 N	Knicklast (N)
10	10	–0,7	1,109	71,92
10	10	–1,1	3,396	> 105
10	10	–1,4	5,26	65,39
10	12,5	–1,1	3,218	72,44
10	12,5	–1,7	6,298	> 105
10	12,5	–2,3	9,346	70,3
10	15	–1,7	2,873	69,34
10	15	–2,3	9,022	100,3
10	15	–2,9	> 10	67,27
17	10	Unterstützt nicht 65 N / sehr kleiner Versatzbereich
17	12,5	–0,6	0,575	71,72
17	12,5	–0,9	2,1	> 105
17	12,5	–1,2	3,913	73,22
17	15	–0,8	1,443	74,13
17	15	–1,3	3,725	> 105
17	15	–1,8	6,256	79,62
24	10	Unterstützt nicht 65 N / sehr kleiner Versatzbereich
24	12,5	Unterstützt nicht 65 N / sehr kleiner Versatzbereich
24	15	–0,6	0,174	68,47
24	15	–0,9	1,796	> 105
24	15	–1,2	3,516	80,05

26 zeigt eine grafische Darstellung der Hauptauswirkungen für eine horizontale Last. 27 zeigt eine grafische Darstellung der Hauptauswirkungen für eine Knicklast. 28 zeigt eine grafische Darstellung der Hauptauswirkungen für eine axiale Last und eine Stoßlast am Knick.
Es wird erkannt, dass die Technik der vorliegenden Offenbarung in einem Schutzschalter der Bauart mit Kipphebel verwendet werden kann. In diesem Fall kann ein Aktuator verwendet werden, um die endgültige Entscheidung, die Kontaktarme zu schließen, zu treffen, und er würde entweder mit einer weiteren Eingabe von dem Benutzer oder über eine elektronische Steuereinheit aktiviert werden (die die Kontakte nach einigen Selbstdiagnosetest schließen würde).
Es sollte verstanden werden, dass die vorstehende Beschreibung dazu bestimmt ist, veranschaulichend und nicht beschränkend zu sein. Es können zahlreiche Veränderungen und Modifikationen durch einen Fachmann auf dem Gebiet hierin vorgenommen werden, ohne dass von dem allgemeinen Rahmen und Umfang der Offenbarung abgewichen wird, wie er durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist. Zum Beispiel können die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen (und/oder deren Aspekte) in Kombination miteinander verwendet werden. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der verschiedenen Ausführungsformen anzupassen, ohne von deren Umfang abzuweichen. Während die Abmessungen und Materialarten, die hierin beschrieben sind, die Parameter der verschiedenen Ausführungsformen definieren sollen, sind sie in keiner Weise beschränkend, sondern lediglich bespielhaft. Es werden sich viele weitere Ausführungsformen Fachleuten auf dem Gebiet bei einer Durchsicht der vorstehenden Beschreibung erschließen. Der Umfang der verschiedenen Ausführungsformen sollte folglich unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche gemeinsam mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. In den beigefügten Ansprüchen werden die Ausdrücke „enthalten“ und „in dem/der/denen“ als die sprachlichen Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke „aufweisen“ und „worin“ verwendet. Außerdem werden in den folgenden Ansprüchen die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ etc. lediglich als Bezeichnungen verwendet, und sie sollen ihren Objekten keine numerischen Anforderungen auferlegen. Ferner wird der Ausdruck „betriebsmäßig“ oder „funktionsmäßig“ oder „wirksam“ in Verbindung mit Begriffen, wie gekoppelt, verbunden, angeschlossen, abgedichtet oder dergleichen, hierin verwendet, um sich sowohl auf Verbindungen, die von gesonderten, anderen Komponenten herrühren, die unmittelbar oder mittelbar gekoppelt sind, als auch auf Komponenten beziehen, die integral (d.h. in einem Stück, einteilig oder monolitisch) ausgebildet sind. Ferner sind die Merkmale der folgenden Ansprüche nicht in dem Format Mittel-plus-Funktion geschrieben und nicht dazu bestimmt, auf der Basis von 35 U.S.C. §112, sechster Paragraph, interpretiert zu werden, sofern derartige Anspruchsmerkmale nicht ausdrücklich die Formulierung „Mittel zur“, gefolgt von einer Angabe der Funktion ohne eine weitere Struktur, verwenden. Es sollte verstanden werden, dass nicht notwendigerweise all derartige Objekte oder Vorteile, wie sie vorstehend beschrieben sind, gemäß jeder beliebigen speziellen Ausführungsform erreicht werden können. Somit werden Fachleute auf dem Gebiet z.B. erkennen, dass die hierin beschriebenen Systeme und Techniken in einer Weise realisiert oder ausgeführt werden können, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie sie hierin gelehrt werden, erreicht oder optimiert, ohne notwendigerweise weitere Objekte oder Vorteile, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen sein können, zu erreichen.
Während die Offenbarung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte ohne Weiteres verstanden werden, dass die Offenbarung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Offenbarung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Offenbarung entsprechen. Außerdem sollte verstanden werden, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen beschreiben worden sind, Aspekte der Offenbarung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Demgemäß soll die Offenbarung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt angesehen werden, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, einschließlich der besten Ausführungsart, und dient auch dazu, jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Offenbarung in die Praxis umzusetzen, wozu die Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jegliche enthaltene Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Offenbarung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Ein Sperrglied für einen Aktuator mit einem bewegbaren Arm zur Erzielung einer Schnellschließeinrichtung enthält zum Beispiel ein längliches Element mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und wobei ein Abschnitt des länglichen Elementes derart eingerichtet ist, dass das in einer ersten Position angeordnete Sperrglied mit einem Abschnitt des bewegbaren Arms des Aktuators in Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms einzuschränken, und derart, dass das in einer zweiten Position angeordnete Sperrglied mit dem Abschnitt des bewegbaren Arms des Aktuators außer Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms zuzulassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

35 U.S.C. §112 [0120]

Claims

Sperrglied für einen Aktuator mit einem bewegbaren Arm zur Erzielung einer Schnellschließeinrichtung, wobei das Sperrglied aufweist: ein längliches Element mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; und wobei ein Abschnitt des länglichen Elementes derart eingerichtet ist, dass das in einer ersten Position angeordnete Sperrglied mit einem Abschnitt des bewegbaren Arms des Aktuators in Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms einzuschränken, und derart, dass das in einer zweiten Position angeordnete Sperrglied mit dem Abschnitt des bewegbaren Arms des Aktuators außer Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms zuzulassen.
Sperrglied nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt des länglichen Elementes, der mit dem Abschnitt des bewegbaren Arms in Eingriff bringbar ist, zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Sperrglieds angeordnet ist.
Sperrglied nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abschnitt des länglichen Elementes eine Aussparung zur Aufnahme des Abschnitts des bewegbaren Arms aufweist, der einen Zapfen aufweist; wobei die Aussparung vorzugsweise zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des länglichen Elementes angeordnet ist.
Sperrglied nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sperrglied eine Nut definiert, um den bewegbaren Arm dazwischen aufzunehmen; und/oder wobei das Sperrglied V-förmige Konfiguration aufweist.
Sperrglied nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ende des Sperrglieds an einem Rahmen des Aktuators schwenkbar oder starr anbringbar ist; und/oder wobei das zweite Ende des Sperrglieds als Reaktion auf eine Bewegung eines Griffs bewegbar ist.
Schutzschalter mit einer Schnellschließeinrichtung, wobei der Schutzschalter aufweist: einen Rahmen; einen stationären elektrischen Kontakt, der an dem Rahmen angebracht ist; einen bewegbaren Arm mit einem ersten Ende, der an dem Rahmen anbringbar ist, und an einem zweiten Ende, das einen elektrischen Kontakt aufweist, der mit dem stationären elektrischen Kontakt lösbar in Kontakt bringbar ist; und einen Aktuatormechanismus, der aufweist: eine Hauptvorspanneinrichtung, die wirksam ist, um eine erste Kraft auszuüben, um den bewegbaren Arm in eine erste Richtung zu bewegen, um die elektrischen Kontakte zu öffnen; eine Kontaktvorspanneinrichtung, die wirksam ist, um eine zweite Kraft auszuüben, um den bewegbaren Arm in eine zweite Richtung zu bewegen, um die elektrischen Kontakte zu schließen; und ein Sperrglied, das derart eingerichtet ist, dass das Sperrglied in einer ersten Position mit einem Abschnitt des bewegbaren Arms in Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms durch die Hauptvorspanneinrichtung einzuschränken und die elektrischen Kontakte offen zu halten, und derart, dass das in einer zweiten Position angeordnete Sperrglied mit dem Abschnitt des bewegbaren Arms außer Eingriff steht, um eine Bewegung des bewegbaren Arms durch die Kontaktvorspanneinrichtung zuzulassen, um die elektrischen Kontakte zu schließen.
Schutzschalter nach Anspruch 6, wobei der Aktuator ferner einen Griff aufweist, der über eine erste Distanz bewegbar ist, um das Sperrglied über eine erste Distanz zu bewegen, während eine Bewegung des bewegbaren Arms in die zweite Richtung eingeschränkt ist, und der Griff über eine weitere Distanz bewegbar ist, um das Sperrglied mit dem bewegbaren Arm außer Eingriff zu bringen, um der Kontaktvorspanneinrichtung zu ermöglichen, die elektrischen Kontakte zu schließen.
Schutzschalter nach Anspruch 6 oder 7, der ferner eine Betätigungseinrichtung aufweist, die funktionsfähig ist, um der Hauptvorspanneinrichtung zu ermöglichen, die geschlossenen elektrischen Kontakte zu öffnen.
Schutzschalter nach einem beliebigen der Ansprüche 6–8, wobei die zweite Richtung zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
Schutzschalter nach einem beliebigen der Ansprüche 6–9, wobei die Hauptvorspanneinrichtung eine Feder aufweist und die Kontaktvorspanneinrichtung eine Feder aufweist; und/oder wobei der Sperrarm an dem Rahmen schwenkbar oder starr anbringbar ist.
Schutzschalter nach einem beliebigen der Ansprüche 6–10, wobei das Außereingriffbringen des Sperrglieds mit dem bewegbaren Arm der Vorspanneinrichtung ermöglicht, die elektrischen Kontakte in weniger als etwa 10 Millisekunden oder weniger zu schließen.
Verfahren zur Bewegung eines bewegbaren Arms, um eine Schnellschließeinrichtung zu erzielen, wobei das Verfahren aufweist: Ineingriffbringen des bewegbaren Arms mit einem Sperrglied, um eine Bewegung des bewegbaren Arms in eine erste Richtung einzuschränken; und Außereingriffbringen des bewegbaren Arms mit dem Sperrglied, um eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung zu ermöglichen.
Verfahren zur Betätigung eines Schutzschalters zum Öffnen und Schließen elektrischer Kontakte, wobei das Verfahren aufweist: Ineingriffbringen eines bewegbaren Arms mit einem Sperrglied, um eine Bewegung des bewegbaren Arms in eine erste Richtung einzuschränken und die elektrischen Kontakte offen zu halten; und Außereingriffbringen des Sperrglieds mit dem bewegbaren Arm, um eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung zu ermöglichen, um die elektrischen Kontakte zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Ineingriffbringen ein Bewegen des Sperrglieds über eine erste Distanz aufweist, während eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung eingeschränkt wird, und das Außereingriffbringen ein Bewegen des Sperrglieds über eine weitere Distanz aufweist, um das Sperrglied mit dem bewegbaren Arm außer Eingriff zu bringen.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 12–14, wobei das Ineingriffbringen ein Bewegen eines Griffs über eine erste Distanz aufweist, während eine Bewegung des bewegbaren Arms in die erste Richtung eingeschränkt wird, und das Außereingriffbringen ein Bewegen des Griffs über eine weitere Distanz aufweist, um das Sperrglied mit dem bewegbaren Arm außer Eingriff zu bringen.