DE10320681B4

DE10320681B4 - Schaltschloss zum Verklinken einer Schaltwelle und elektrischer Schalter mit einem derartigen Schaltschloss

Info

Publication number: DE10320681B4
Application number: DE10320681A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dipl.-Ing. Ahlert; Jörg-Uwe Dipl.-Ing. Dahl; Marc Dipl.-Ing. Liebetruth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: DE10320681A1; EP1473754A2; EP1473754B1; US7038155B2; EP1473754A3; US20040263294A1

Abstract

Schaltschloss (17) zum Verklinken einer Schaltwelle (9) eines elektrischen Schalters (1) in ihrer Ein-Position, wobei die Schaltwelle (9) über einen Antriebsstrang (15) entgegen der Kraft zumindest einer ersten Feder (7) aus einer AUS-Position in diese EIN-Position überführbar ist, mit einem schwenkbaren ersten Hebel (21), der derart an den Antriebsstrang (15) gekoppelt ist, dass er bei in ihrer EIN-Position befindlichen Schaltwelle unter der Kraft der ersten Feder (7) an einem Anschlag (23) abgestützt ist, der in einer Verklinkungsstellung gehaltenen ist,
und
mit einem zweiten Hebel (22), der eine dem Anschlag (23) zugeordnete Arbeitsfläche (40) aufweist,
wobei der zweite Hebel (22) mittels zumindest einer zweiten Feder (28) in einer Anschlagstellung an dem ersten Hebel (21) gehalten ist und
wobei beim Schwenken des zweiten Hebels (22) unter der Einwirkung einer initiierenden Kraft (F), die der Kraft der zweiten Feder (28) entgegenwirkt, die Arbeitsfläche (40) derart auf den Anschlag...

Description

Schaltschlösser elektrischer Schalter können durch verschiedene Auslösevorgänge betätigt werden. So ist aus der Druckschrift DE 198 53 901 C1 beispielsweise ein Auslösevorgang bekannt, bei dem ein Schaltschloss eines elektrischen Niederspannungs-Schutzschalters unter der Einwirkung eines steuerbaren Elektromagneten betätigbar ist. Das zum Verklinken von Kontakten dieses Schalters dienende Schaltschloss ist dabei mit den Kontakten verbunden. Es umfasst eine Auslösewelle, einen mit der Auslösewelle zusammenwirkenden Auslöseschieber und zwei hebelförmige Übertragungsglieder, die zur Ankopplung eines Magnetankers des Elektromagneten an den Auslöseschieber dienen. Bei zu niedriger Steuerspannung des Elektromagneten – beispielsweise infolge eines Kurzschlusses in dem zu schützenden Stromnetz – wirkt der Magnetanker über die beiden hebelförmigen Übertragungsglieder und den Auslöseschieber auf die Auslösewelle und bewirkt damit die Freigabe der Kontakte zum Überführen in ihre geöffnete Stellung. Hierbei wird auf eines der beiden hebelförmigen Übertragungsglieder durch eine Zugfeder eine Zugkraft ausgeübt. Diese Zugkraft kann durch mehrere parallel zueinander liegende Federn verstärkt werden.

Die Erfindung betrifft elektrische Schalter, die mit einer an einen Antrieb gekoppelten Schaltwelle zum Bewegen zumindest eines bewegbaren Kontaktes ausgerüstet sind, und ist bei der konstruktiven Gestaltung eines Schaltschlosses zum Verklinken der Schaltwelle anwendbar.

Ein bekannter derartiger elektrischer Schalter, bei dem die Schaltwelle über einen Antriebsstrang entgegen der Kraft zumindest einer Feder aus einer AUS-Position in eine EIN-Position überführbar ist, weist ein Schaltschloss auf, bei dem ein an den Antriebsstrang gekoppelter schwenkbarer erster Hebel an einem in einer Verklinkungsstellung gehaltenen Anschlag abgestützt ist. Zum Überführen des Anschlages in eine Freigabestellung, bei der der erste Hebel seine Abstützung an dem Anschlag verliert, sind hierbei zwei Auslösevorgänge vorgesehen. So kann die Überführung des Anschlages in seine Freigabestellung zum einen durch einen "normalen" Auslösevorgang, bei dem der Anschlag direkt betätigt wird, erfolgen. Zum anderen ist bei dem Schaltschloss ein zweiter Hebel vorgesehen ist, der eine dem Anschlag zugeordnete Arbeitsfläche aufweist. Der zweite Hebel ist dabei mittels zumindest einer zweiten Feder in einer ersten Anschlagstellung an dem ersten Hebel gehalten. Beim Schwenken des zweiten Hebels unter der Einwirkung einer initiierenden Kraft, die der Kraft der zweiten Feder entgegenwirkt, wirkt die Arbeitsfläche derart auf den Anschlag, dass der Anschlag – im Zuge eines gegenüber dem "normalen" Auslösevorgang "beschleunigten" Auslösevorganges – in seine Freigabestellung überführt wird ( US 6,018,284 ).

Bei diesem bekannten Schaltschloss dienen der zweite Hebel und zwei der zweiten Federn nicht nur zum Schwenken des Anschlages sondern auch zur Kopplung des Antriebsstranges mit dem ersten Hebel. Die Kraft der ersten Feder wirkt daher mittelbar über den zweiten Hebel und die zweiten Federn auf den ersten Hebel. Die Kraft der ersten Feder wirkt sozusagen in Reihe zu der Kraft der zweiten Federn auf den ersten Hebel. Durch die Doppelfunktion des zweiten Hebels und der zweiten Feder ist einerseits das Schwenken des zweiten Hebels und damit der „beschleunigte" Auslösevorgang abhängig vom Bewegungsablauf des Antriebsstranges und andererseits ist der „normale" Auslösevorgang abhängig von der Ausgestaltung des zweiten Hebels und der zweiten Federn.

Ausgehend von einem Schaltschloss mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ( US 6,018,284 ) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den durch ein Schwenken des zweiten Hebels bewirkten „beschleunigten" Auslösevorgang noch schneller zu gestalten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kräfte der beiden Federn unabhängig voneinander auf den ersten Hebel wirken.

Aufgrund einer derartigen Gestaltung kann sichergestellt werden, dass die zweite Feder nicht zur Kopplung des ersten Hebels mit dem Antriebsstrang dient. Die Kraft der zweiten Feder wirkt dabei sozusagen nicht in Reihe sondern parallel zu der Kraft der ersten Feder auf den ersten Hebel. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zum Bereitstellen der initiierenden Kraft zum Schwenken des ersten Hebels ein initiierendes Mittel oder ein initiierender Mechanismus gewählt wer den kann, der Übertragungsglieder des Antriebsstranges bzw. der Kopplung des Antriebsstranges mit dem ersten Hebel derart „überspringt" dass der zweite Hebel schneller als bei dem aus der Druckschrift US-6,018,284 bekannten Schaltschloss schwenkt. Diese Ausgestaltung hat weiterhin den Vorteil, dass der durch Betätigen des Anschlages mittels eines Auslösestranges bewirkte „normale" Auslösevorgang im Wesentlichen nicht von der Ausgestaltung des zweiten Hebels und der Ausgestaltung der zweiten Feder abhängt.

Mit Vorteil ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Hebel an dem ersten Hebel schwenkbar gelagert ist und die Bewegungsbahn des zweiten Hebels durch zwei Anschlagflächen des ersten Hebels begrenzt ist. – Bei einer derartigen Ausgestaltung wird der Bewegungsablauf des zweiten Hebels nur durch die konstruktive Gestaltung des ersten Hebels und durch die initiierende Kraft nicht jedoch durch weitere Teile des Antriebsstranges oder der Kopplung des Antriebsstranges mit dem ersten Hebel bestimmt. Der zweite Hebel kann daher bereits vor dem Zusammenbau des Schaltschlosses zu einer baulichen Einheit mit dem ersten Hebel vereinigt werden, die ein kräftemäßig geschlossenes System bildet. In der ersten Anschlagstellung beeinflußt die Kraft der zweiten Feder daher nicht die Kraft, mit der der erste Hebel an dem Anschlag anliegt. Dadurch kann eine geringere Toleranzweite der Kraft, unter der der erste Hebel an dem Anschlag anliegt, als auch eine geringere Toleranzweite der Auslösekraft des „normalen" Auslösevorganges vorgesehen werden. – Bekannte gattungsgemäße Schaltschlösser können konstruktiv auf einfache Weise gemäß der Erfindung umgestaltet werden.

Zum Schwenken des zweiten Hebels kann beispielsweise die initiierende Kraft eines Magnetauslösers oder die Kraft eines Federspeichers dienen.

Um den zweiten Hebel möglichst schnell schwenken zu können ist es vorteilhaft, wenn die Schwenkachsen der beiden Hebel zueinander beabstandet angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel des neuen Schaltschlosses ist in den 1 bis 4 dargestellt. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schalters mit einem Schaltschloss,
2 eine perspektivische Ansicht des Schaltschlosses, in einer ersten Anschlagstellung,
3 die Ansicht gemäß der 2 in Schnittdarstellung und
4 eine Schnittdarstellung des Schaltschlosses in einer zweiten Anschlagstellung.
Die 1 zeigt einen elektrischen Schalter 1 in Form eines Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Schaltkontaktsystem und einer zugeordneten Lichtbogen-Löschkammer 2. Das Schaltkontaktsystem besteht aus einer feststehenden Schaltkontaktanordnung 3 und einer beweglichen Schaltkontaktanordnung 4. Die bewegliche Schaltkontaktanordnung 4 weist dabei einen schwenkbaren Kontaktträger 5 und mehrere Kontakthebel 6 auf, wobei die Kontakthebel 6 parallel zueinander schwenkbar und mittels erster Federn 7 unter Vorspannung federnd an dem Kontaktträger 5 abgestützt sind. Die bewegliche Schaltkontaktanordnung 4 ist in bekannter Weise über eine in der 1 nur schematisch angedeutete Hebelanordnung 8 (vgl. auch 2) mit einer Schaltwelle 9 gekoppelt. Die Schaltwelle 9 dient gleichzeitig zum Antrieb nicht weiter dargestellter, parallel zu dem gezeigten Schaltkontaktsystem angeordneter weiterer Schaltkontaktsysteme. Sie ist mittels einer Antriebsvorrichtung 12 aus einer AUS-Postion, bei der das Schaltkontaktsystem offen ist, in eine EIN-Position, bei der das Schaltkontaktsystem geschlossen ist, zu überführen. Beim Überführen der Schaltwelle 9 in ihre EIN-Position werden die ersten Federn 7 weiter gespannt, so dass die Kraft der ersten Federn 7 in die zur AUS-Position weisende Schwenkrichtung 13 der Schaltwelle 9 wirkt. Die Antriebsvorrichtung 12 weist einen mit einem Federspeicher 18 versehenen Antrieb 19, einen den Antrieb 19 mit der Schaltwelle 9 koppelnden Antriebsstrang 15 und ein Schaltschloss 17 auf. Das Schaltschloss 17 weist in bekannter Weise zwei Verklinkungseinrichtungen auf, von denen eine erste zum Verklinken des gespannten Federspeichers 18 und die zweite zum Verklinken der entgegen der Kraft der ersten Federn 7 in ihre EIN-Position überführte Schaltwelle 9 dient.
Gemäß der 2 weist die zweite Verklinkungseinrichtung des Schaltschlosses einen an den Antriebsstrang 15 gekoppelten ersten Hebel 21, einen zweiten Hebel 22 sowie einen als Halbwelle ausgebildeten Anschlag 23 auf. Der erste Hebel 21 besteht aus zwei parallel zueinander in einem Abstand zueinander angeordneten Teilhebeln und ist um ein erstes Schwenklager 25 schwenkbar, das an einer Trageinrichtung 14 für die Antriebsvorrichtung 12 ortsfest gehaltenen ist. Der erste Hebel liegt bei verklinkter EIN-Position der Schaltwelle 9 mit einer Verklinkungsfläche 24 unter der Kraft der ersten Federn 7 an dem Anschlag 23 an. Bei einem „normalen" Auslösevorgang erfolgt eine Betätigung des Anschlages 23 über einen nicht dargestellten Auslösestrang beispielsweise von Hand mittels einer frontseitig am Schalter angeordneten Drucktaste 10 oder durch einen Elektromagnet 11. Der zweite Hebel 22 ist um ein zweites Schwenklager 26 schwenkbar, wobei das zweite Schwenklager 26 von einem Bolzen gebildet ist, der an seinen Enden von den beiden Teilhebeln des ersten Hebels 21 gehalten ist. Um den zweiten Hebel 22 in einer Anschlagstellung an dem ersten Hebel 21 zu halten ist zum einen eine als Relativ-Feder zwischen den beiden Hebeln 21 und 22 angeordnete zweite Feder 28 und zum anderen eine Stift-Langloch-Verbindung vorgesehen. Dabei greift ein an dem ersten Hebel 21 ausgebildeter Stift 29 in ein in dem zweiten Hebel ausgebildetes Langloch 30 ein, wobei die beiden Enden des Langloches jeweils eine Anschlagfläche 31 und 32 für den Stift 29 bilden. Das eine Ende 35 der zweiten Feder 28 übergreift eine Nase 36 des zweiten Hebels 22. Das andere Ende 37 der zweiten Feder 28 ist an Vorsprüngen 38 der Teilhebel des ersten Hebels 21 abgestützt.
Gemäß der 3 liegt bei der ersten Anschlagstellung des zweiten Hebels 22 an dem ersten Hebel 21 eine erste der beiden Anschlagflächen 31 des Langloches 30 unter der Kraft der zweiten Feder 28 an dem Stift 29 an. Dabei befindet sich eine rampenartige Arbeitsfläche 40 des zweiten Hebels 22 unterhalb des als Halbwelle ausgebildeten Anschlages 23 ohne diesen kräftemäßig zu beeinflussen. Im Falle eines Kurzschlusses wirkt ein als schneller Magnetauslöser ausgebildetes initierendes Mittel 41 mit einer initiierenden Kraft F direkt auf eine Betätigungsfläche des zweiten Hebels. Die initiierende Kraft F kann jedoch auch durch andere initiierende Mittel oder Mechanismen, beispielsweise durch einen Federspeicher bereitgestellt werden.
Gemäß der 4 wird der zweite Hebel 22 unter der initiierenden Kraft F des initiierenden Mittels 41 entgegen der Kraft der zweiten Feder 28 derart entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt, dass seine rampenartige Arbeitsfläche 40 an der flachen Unterseite 42 der Halbwelle entlang gleitet und dabei die Halbwelle im Uhrzeigersinn dreht und in ihre Freigabestellung überführt. In der Freigabestellung der Halbwelle verlieren der erste Hebel 21, der Antriebsstrang 15 und die Schaltwelle 9 ihre Abstützung an der Halbwelle und die Schaltwelle 9 wird unter der Kraft der ersten Federn 7 in ihre AUS-Position überführt. Nachdem der erste Hebel 21 seine Abstützung an der Halbwelle verloren hat und beginnt unter der Halbwelle hindurch zu schwenken, tragen auch die initiierende Kraft F und die Kraft der zweiten Feder 28 zur Beschleunigung des ersten Hebels 21 bei, so dass die Schaltwelle 9 sehr schnell in ihre AUS-Position gelangt.
Abhängig von den Wirkrichtungen der Kraft der zweiten Feder 28 und der initiierenden Kraft F in Bezug auf das Schwenklager 25 des ersten Hebels 21 und abhängig von dem Wert der Kraft der zweiten Feder 28 und der Lage der zweiten Anschlagfläche 32 ist das den ersten Hebel 21 beschleunigende Moment steuerbar.

Claims

Schaltschloss (17) zum Verklinken einer Schaltwelle (9) eines elektrischen Schalters (1) in ihrer Ein-Position, wobei die Schaltwelle (9) über einen Antriebsstrang (15) entgegen der Kraft zumindest einer ersten Feder (7) aus einer AUS-Position in diese EIN-Position überführbar ist, mit einem schwenkbaren ersten Hebel (21), der derart an den Antriebsstrang (15) gekoppelt ist, dass er bei in ihrer EIN-Position befindlichen Schaltwelle unter der Kraft der ersten Feder (7) an einem Anschlag (23) abgestützt ist, der in einer Verklinkungsstellung gehaltenen ist, und mit einem zweiten Hebel (22), der eine dem Anschlag (23) zugeordnete Arbeitsfläche (40) aufweist, wobei der zweite Hebel (22) mittels zumindest einer zweiten Feder (28) in einer Anschlagstellung an dem ersten Hebel (21) gehalten ist und wobei beim Schwenken des zweiten Hebels (22) unter der Einwirkung einer initiierenden Kraft (F), die der Kraft der zweiten Feder (28) entgegenwirkt, die Arbeitsfläche (40) derart auf den Anschlag (23) wirkt, dass der Anschlag (23) in eine Freigabestellung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, die Kräfte der beiden Federn (7, 28) unabhängig voneinander auf den ersten Hebel (21) wirken.
Schaltschloss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, der zweite Hebel (22) an dem ersten Hebel (21) schwenkbar gelagert ist und die Bewegungsbahn des zweiten Hebels (22) durch zwei Anschlagflächen (31, 32) des ersten Hebels (21) begrenzt ist.
Schaltschloss nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, zum Schwenken des zweiten Hebels (22) die Kraft (F) eines Magnetauslösers dient.
Schaltschloss nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, zum Schwenken des zweiten Hebels (47) die Kraft (F) eines Federspeichers dient.
Schaltschloss nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, die Schwenkachsen (25, 26) der beiden Hebel (21, 22) zueinander beabstandet angeordnet sind.
Elektrischer Schalter (1), insbesondere Niederspannungs-Leistungsschalter mit einer Schaltwelle (9) zum Bewegen zumindest einer beweglichen Schaltkontaktanordnung (4), mit einem Antrieb (19) und mit einem den Antrieb mit der Schaltwelle koppelden Antriebsstrang (15), dadurch gekennzeichnet, dass, zum Verklinken der Schaltwelle (9) ein Schaltschloss (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen ist.