-
Die
Erfindung betrifft ein Schaltgerät
mit einem Gehäuse,
insbesondere einen Leitungsschutzschalter, mit einem handbetätigbaren
Schaltknebel als um einen Schalterdrehpunkt drehbares Schaltelement,
mit einem Magnetauslöser
sowie mit einem Bimetallauslöser
im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Ein derartiges Schaltgerät ist beispielsweise aus der
DE 28 09 754 C2 bekannt.
In der
EP 0 577 586
B1 ist zudem ein Selbstschalter offenbart. Ein in diesem
Fall als Betätigungsknopf
bezeichneter drehbarer Schaltknebel ist durch die Kraft einer Drehfeder
belastet.
-
Ein
weiteres, als Installationsgerät
bezeichnetes Schaltgerät
mit einer Drehfeder ist z.B. aus der
EP 0 646 280 B1 bekannt. In diesem Fall ist
ein Aufnahmeraum für
ein Schaltelement innerhalb des Schaltgerätes derart gestaltet, dass
eine rationelle Federmontage erleichtert sein soll. Eine weitgehende Automatisierung
der Fertigung ist dennoch schwierig, da die Geometrie der verwendeten
Drehfedern, insbesondere die Stellung der Federschenkel, typischerweise
stark streut. Des Weiteren ist die Eigenschaft der Federn nachteilig,
leicht zu verhaken und Knäuel
zu bilden. Aus diesem Grund wurden bereits Federentwirrmaschinen
entwickelt.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät mit einem
Magnetauslöser,
einem Bimetallauslöser
sowie mit einem manuell bedienbaren Schaltknebel als um einen Schalterdrehpunkt
drehbares Schaltelement anzugeben, das sich durch einen besonders
großen
Bewegungswinkel auszeichnet.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Hierbei wird ein Schaltelement innerhalb
eines Schaltgerätes durch
die Kraft einer Feder beaufschlagt, die im entspannten Zustand im
Wesentlichen gerade ist und an einem als Einspannende bezeichneten
Ende eine insbesondere als Biegung ausgebildete Haltevorrichtung
aufweist. Mit dem Einspannende ist diese Feder im Schaltgerät, insbesondere
am Gehäuse
gehalten. Zwischen dem Einspann- und dem gegenüberliegenden Freiende liegt
die Feder an einem ortsunveränderlich
im Gehäuse
angeordneten Auflagepunkt auf, der insbesondere an der Drehachse
des Schaltelementes, dem sogenannten Schalterdrehpunkt, angeordnet
sein kann. Hierbei kann die Feder auf dem drehbaren Schalter selbst
aufliegen, mit geringem Abstand des Auflagepunktes zum Schalterdrehpunkt in
Relation zu den Maximalabmessungen der Feder sowie des Schaltelementes.
Durch diese Direktauflage der Feder auf dem Schaltelement ist eine
sehr einfache, raum- und materialsparende Konstruktion ermöglicht.
Alternativ liegt die Feder am Auflagepunkt an einem Teil des Gehäuses, beispielsweise
einem feststehenden Gehäusedorn
auf, wodurch Reibungseinflüsse
minimiert werden. Das Schaltelement weist eine Hebelmitnahme auf,
die an einem zwischen dem Auflagepunkt und dem Freiende liegenden
Mitnahmepunkt der Feder mit dieser in Kontakt ist. Der Schalterdrehpunkt
ist derart in der Nähe
des Auflagepunktes angeordnet, dass der Abstand des Schalterdrehpunktes
sowohl zum Einspannende als auch zum Freiende der Feder geringer
ist als die Länge der
Feder, wobei die Feder derart angeordnet ist, dass sich diese bei
zunehmender Spannung bei Drehung des Schaltelementes teilweise um
dessen Schalterdrehpunkt wickelt.
-
Die
im Wesentlichen als Blatt- oder Biegefeder ausgebildete Feder hat
den Vorteil, eine sehr einfache, insbesondere automatisierte Montage
zu ermöglichen.
Die Gefahr eines Verwirrens einer Anzahl Federn in einer Montage-
und/oder Fördervorrichtung
ist nicht gegeben. Zudem ist die Blattfeder kostengünstiger,
insbesondere mit Hilfe einfacherer Werkzeuge, herstellbar als eine
Dreh- oder Schraubenfeder. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass
die als Blattfeder ausgebildete Feder in einfacher Weise aus einem
dünnen
flachen Material herstellbar ist, im Gegensatz zu einer typischerweise aus
einem Runddraht hergestellten Drehfeder. Da die Dicke des Materials
in die zulässige
Biegespannung mit der dritten Po- tenz eingeht, bietet eine dünnere Blattfeder
gegenüber
einer konturengleichen Runddrahtfeder mehr Verformungsreserven.
Die Blattfeder wird derart am Schaltelement montiert, dass diese
sich bei zunehmender Spannung bei einer Drehung des Schaltelementes
um einen Bruchteil einer gesamten Drehung quasi um den Schalterdrehpunkt
wickelt. Durch dieses teilweise Aufwickeln der Blattfeder um das
Schaltelement herum ist ein großer
Bewegungswinkel des Schaltelementes ermöglicht, der typischerweise
ausschließlich
mit Federn realisierbar ist, die mehrere nutzbare Federwindungen
zur Verfügung
stellen.
-
Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung verschiebt sich der Mitnahmepunkt,
auf dem die Hebelmitnahme des Schaltelementes aufliegt, mit zunehmender
Biegung der Feder in Richtung deren Freiende. Hierdurch wird die
nutzbare freie Federlänge,
die durch den Bogen der Feder zwischen dem Auflagepunkt und dem
Mitnahmepunkt bestimmt ist, mit zunehmender Federbiegung verlängert. Dadurch
wird eine flache Federkennlinie erreicht.
-
Eine
platzsparende Anordnung von Schaltelement und Feder bei gleichzeitig
günstiger
Federgeometrie wird bevorzugt dadurch erreicht, dass die Verbindungslinie
zwischen dem Schalterdrehpunkt und dem Auflagepunkt mit der durch
den Auflagepunkt gehenden Tangente der Feder zumindest annähernd einen
rechten Winkel einschließt.
-
Die
im Wesentlichen als Blattfeder ausgebildete Feder ist an verschiedenen
Stellen innerhalb des Schaltgerätes
einsetzbar. Neben dem manuell betätigbaren Schaltknebel ist hier
insbesondere ein sogenannter Mitnehmer sowie ein sogenannter Auslösehebel
zu nennen. Durch den Mitnehmer ist eine Klinke über eine externe Ansteuerung
entriegelbar. Der Auslösehebel
steht sowohl mit der Klinke als auch mit dem Magnetauslöser sowie
mit dem Bimetallauslöser
in Wirkverbindung. Die durch die am Schaltknebel montierte Feder
erzielbaren Vorteile sind in entsprechender Weise auch durch ähnlich geformte
Federn, die den Mitnehmer bzw. den Auslösehebel mit einem Drehmoment
beaufschlagen, erzielbar. Aufgrund der Ausbildung der Feder als
Blattfeder sind insbesondere der Platzbedarf der Feder gering sowie
die Befestigungskonturen von Feder und Gehäuse einfach gestaltbar. Im
Fall des Auslösehebels ist
das Einspannende der Feder bevorzugt an einem schwenkbeweglich im
Gehäuse
gelagerten Bewegkontakt gehalten. Durch diese ortsbewegliche Lagerung
des Einspannendes wird die Federcharakteristik bei Entriegelung
des Auslösehebels
und damit ausgelöster
Schwenkbewegung des Bewegkontaktes beeinflusst. Vorzugsweise wirkt
die Verlagerung des Einspannendes bei Entriegelung des Auslösehebels einem
Anstieg der auf diesen wirkenden Federkraft entgegen. Auf diese
Weise ist eine besonders schnelle Schwenkbewegung des Bewegkontaktes, d.h.
eine besonders schnelle und zuverlässige Auslösung des Schaltgerätes ermöglicht.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1a–c in Prinzipdarstellungen
eine Feder für
ein Schaltelement in einem Schaltgerät,
-
2 ein
Schaltgerät
im Querschnitt,
-
3a,
b einen Schaltknebel in einem Schaltgerät nach 2,
-
4a,
b einen Mitnehmer in einem Schaltgerät nach 2,
-
5a,
b einen Auslösehebel
in einem Schaltgerät
nach 2.
-
Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
Die 1a bis 1c zeigen
eine Feder 1 als Einzelteil (1a), in
montiertem Zustand mit geringer Spannung (1b), sowie
in montiertem Zustand mit höherer
Spannung (1c). Die Feder 1 ist im
Wesentlichen als Blattfeder der Länge L mit einem Einspannende 2 mit
einer Haltevorrichtung 3 in Form einer Biegung sowie mit
einem Freiende 4 ausgebildet. Die Haltevorrichtung 3 kann
alternativ beispielsweise auch als Ausstanzung ausgebildet sein.
Die Feder 1 liegt an einem Auflagepunkt 5 auf
einer Gehäuseauflage 6 auf
und ist am Einspannende 2 an einer Gehäuseaufnahme 7 gehalten.
Zwischen dem Auflagepunkt 5 und dem Freiende 4 wird
die Feder 1 durch eine Hebelmitnahme 8 belastet.
Die Hebelmitnahme 8 ist ebenso wie ein um einen Schalterdrehpunkt 9 schwenkbarer
Drehkörper 10 Teil
eines hier nicht näher
dargestellten Schaltelementes. Die Hebelmitnahme 8 ist
mit dem Drehkörper 10 über einen Dreharm 11 starr
verbunden. Sowohl ein Abstand a2 zwischen
dem Schalterdrehpunkt 9 und dem Einspannende 2 als
auch ein Abstand a4 zwischen dem Schalterdrehpunkt 9 und
dem Freiende 4 sind in jedem möglichen Schaltzustand, das
heißt
in jeder möglichen
Position der Hebelmitnahme 8, geringer als die Länge L der
Feder 1.
-
Eine
Verbindungslinie 12 zwischen dem Schalterdrehpunkt 9 und
dem Auflagepunkt 5 schließt einen annähernd rechten
Winkel mit einer Tangente 13 ein, die durch den Auflagepunkt 5 laufend
an der Feder 1 anliegt. Alternativ zur dargestellten Ausführung kann
der Auflagepunkt 5 auch direkt an der Oberfläche des
Drehkörpers 10 liegen.
Der Abschnitt der Feder 1 zwischen dem Auflagepunkt 5 und
dem Einspannende 2 hat eine eingespannte Federlänge LT. Der Abschnitt der Feder 1 zwischen
dem Auflagepunkt 5 und einem Mitnahmepunkt 14 am Drehkörper 10 hat
eine freie Federlänge
L1 im Fall der minimal gespannten Feder 1 (1b)
bzw. eine freie Federlänge
L2 im Fall einer stärker
gespannten, d.h. gebogenen Feder 1 (1c). Wie
aus einem Vergleich der 1b und 1c ersichtlich
ist, ist die freie Federlänge
L2 im Fall der stärker
gebogenen Feder 1 größer als
die freie Federlänge
L1 im Fall der geringer gebogenen Feder 1. Durch diese Zunahme
der nutzbaren Federlänge
mit zunehmender Biegung der Feder 1 wird in vorteilhafter
Weise eine flache Federkennlinie erreicht. Das auf den Drehkörper 10 wirkende
Drehmoment ist somit nur in geringem Maße von der Stellung des Drehkörpers 10 abhängig. Je
nach geometrischen Verhältnissen
ist sogar eine sinkende Federbelastung bei zunehmender Federbiegung
erreichbar. Dies hat den Vorteil, dass auf den Drehkörper 10 im
Fall der nahezu entspannten Feder 1 (1b),
beispielsweise entsprechend einer ausgeschaltenen Schalterposition,
ein besonders großes
Drehmoment ausgeübt
wird und diese Schalterposition damit besonders zuverlässig einrastet.
Die eingespannte Federlänge
LT trägt
im Vergleich zur variablen freien Federlänge L1, L2 nur in einem vergleichsweise
geringen Maße
zur Federwirkung bei.
-
Die 2 zeigt
ein als Leitungsschutzschalter ausgebildetes Schaltgerät 15,
das ein zur Hutschienenmontage geeignetes Gehäuse 16 aufweist. Das Gehäuse 16 beinhaltet
an dessen in der Darstellung linker Seite eine erste Klemme 17 und
an dessen in der Darstellung rechter Seite eine zweite Klemme 18, die
mit einem Bewegkontakt 19 leitend verbunden ist. Zur Betätigung des
Bewegkontaktes 19 stehen ein Schaltknebel 20,
ein Magnetauslöser 21,
ein Bimetallauslöser 22 und
ein Mitnehmer 23 zur Verfügung. Der Schaltknebel 20 sowie
der Mitnehmer 23 sind als drehbare Schaltelemente ausgebildet.
Diese drehbaren Schaltelemente 20, 23 stehen im
Fall des Mitnehmers 23 in direktem bzw. in Fall des Schaltknebels 20 über einen
Bügel 24 in
indirektem Kontakt mit einer Klinke 25, die mit einem Stift 26 drehbar
am Bewegkontakt 19 gelagert ist. Gleichzeitig ist ein Eingreifen der
Klinke 25 in einen Auslösehebel 27 vorgesehen, der
um einen fest im Gehäuse 16 befindlichen
Drehpunkt 28 schwenkbar ist. Der Auslösehebel 27 ist ebenso
wie der Schaltknebel 20 und der Mitnehmer 23 ein
drehbares Schaltelement. Die letztgenannten drehbaren Schaltelemente 20,23 weisen
einen Drehpunkt 29 bzw. einen Drehpunkt 30 auf,
der jeweils ebenfalls fest im Gehäuse 16 verankert ist.
Die drehbaren Schaltelemente 20, 23, 27 sind
jeweils durch die Kraft einer Feder 1a, 1b, 1c beaufschlagt.
Jede der Federn 1a, 1b, 1c ist an einem
Einspannende 31a, b, c eingespannt. Während im Fall des Schaltknebels 20 sowie
des Mitnehmers 23 das Einspannende 31a bzw. 31b fest
im Gehäuse 16 verankert ist,
ist das Einspannende 31c des Auslösehebels 27 am Stift 26 verankert
und damit innerhalb des Gehäuses 16 mit
dem Bewegkontakt 19 beweglich.
-
Auf
den Bewegkontakt 19 wird durch eine Zugfeder 32 permanent
eine Kraft in Richtung zur ersten Klemme 17 ausgeübt. Die
Bewegung des Bewegkontaktes 19 in Richtung zur ersten Klemme 17 ist
gleichbedeutend mit einem Ausschaltvorgang des Leitungsschutzschalters 15.
Der Ausschaltvorgang kann ausgelöst
werden manuell durch Betätigen
des Schaltknebels 20, extern angesteuert über den
Mitnehmer 23, sowie durch den Magnetauslöser 21 oder durch
den Bimetallauslöser 22.
-
Im
Fall der Entriegelung des Auslösehebels 27 wird
die Feder 1c zunächst
weiter gespannt. Diese Spannung der Feder 1c wirkt der
Spannung der Zugfeder 32, die die Schwenkbewegung des Bewegkontaktes 19 auslöst, entgegen.
Die Zugfeder 32 ist wesentlich stärker als die Feder 1c ausgebildet,
so dass die durch das Entriegeln des Auslösehebels 27 eingeleitete
Schaltbewegung sicher abgeschlossen wird. Des Weiteren wird der
Schaltvorgang dadurch unterstützt,
dass sich der Stift 26, an dem die Feder 1c eingespannt
ist, während
des Schaltens mit dem Bewegkontakt 19 im Gehäuse 16 in
Richtung zur ersten Klemme 17 nach links verlagert. Diese
Verlagerung des Einspannendes 31c der Feder 1c wirkt
einem Anstieg des durch die Feder 1c auf den Auslösehebel 27 ausgeübten Drehmomentes
entgegen. Auf diese Weise wird ein besonders schneller und zuverlässiger Schaltvorgang
sichergestellt.
-
Die 3a und 3b zeigen
im Detail den Schaltknebel 20 im Gehäuse 16. Der Schaltknebel 20 ist
mittels einer Betätigungshandhabe 33,
die aus dem Gehäuse 16 ragt,
um 100° drehbar.
Bei der Drehung des Schaltknebels 20 von der in 3a dargestellten
Aus-Stellung, die gleichzeitig die Montagestellung ist, in die in 3b dargestellte
Ein-Stellung wird die Feder 1a quasi um die Gehäuseauflage 6 gewickelt.
Die Hebelmitnahme 8 ist einstückig mit dem Schaltknebel 20 und
der Betätigungshandhabe 33 ausgeführt. Die
Gehäuseauflage 6,
auf der der Auflagepunkt 5 liegt, ist ortsunveränderlich
angeordnet. Auch im Fall eines direkt auf einem drehbeweglich gelagerten
Teil, insbesondere einem Schaltelement 20, 23, 27,
liegenden Auflagepunktes 5 wird dieser als ortsunbeweglich
bezeichnet, sofern der Abstand des Auflagepunktes 5 von
der im Gehäuse 16 fixierten
Drehachse des drehbeweglich gelagerten Teiles nicht variabel ist.
-
Ein
Vergleich der 3a und 3b zeigt die
Zunahme der nutzbaren Länge
der Feder 1a mit zunehmender Biegung. Um ein Herunterspringen
der Feder 1a von der Gehäuseauflage 6 zu verhindern, ist
ein Sicherungsdorn 34 im Gehäuse 16 vorgesehen.
Die Feder 1a ist beispielsweise 2 mm breit und 0,1 mm stark.
Eine einfache Montage der Feder 1a wird insbesondere dadurch
ermöglicht,
dass diese in der Montagestellung (3a) nur
geringfügig
zu biegen ist.
-
Die 4a und 4b sowie 5a und 5b zeigen
analog zu den 3a und 3b als Detail
des Schaltgerätes 16 nach 2 den
Mitnehmer 23 mit zugehöriger
Feder 1b bzw. dem Auslösehebel 27 mit
zugehöriger
Feder 1c. Die Änderung
der nutzbaren Federlänge
ist im Fall der Feder 1c geringer ausgeprägt als im
Fall der Federn 1a, 1b, da zum einen die Biegung
der Feder 1c relativ schwach ausgeprägt ist und zum anderen der
Drehpunkt 28 der Feder 1c zu dieser einen relativ
geringen Abstand hat. Insbesondere aus der 5a ist
gut ersichtlich, dass die Feder 1c in der dargestellten
Montagestellung nahezu nicht gebogen ist, wodurch eine einfache
und kostengünstige,
insbesondere auch automatisierte, Montagemöglichkeit gegeben ist.