DE10340226A1 - Gegossene Schaltwelle für Leistungsschalter und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

Abstract

Die Herstellung von Schaltwellen für Leistungsschalter soll vereinfacht und verbessert werden. Daher werden Kopplungseinrichtungen (6, 9; 7, 10; 8, 11) direkt an die Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') angegossen. Hierzu werden die Kopplungseinrichtungen, gegebenenfalls bestehend aus jeweils einem Bolzen (9, 10, 11) und einem Koppelelement (6, 7, 8), in das entsprechende Gusswerkzeug eingelegt. Damit kann auf verschleißintensive oder aufwändige Schieber zum Erzeugen von Bohrungen in dem Gusswerkzeug verzichtet werden. Darüber hinaus sind die Bolzen in den Auslegern spielfrei gelagert, axial gesichert und es kann auf Sicherungselemente verzichtet werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrichtung mit einem gegossenen Wellenschaft, mindestens einem Ausleger, der sich von dem Wellenschaft radial nach außen erstreckt und an diesen angegossen ist, und einer Kopplungseinrichtung, die mit dem Ausleger verbunden ist, zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr auf die Schaltwelle. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Schaltwelle durch Bereitstellen eines Gusswerkzeugs für den Wellenschaft und den mindestens einen Hebel sowie Ausgießen des Gusswerkzeugs.
• Bei Leistungsschaltern werden Schaltwellen als Schnittstelle vom Antrieb zum Schaltpol gesehen. Durch die Schaltwelle wird in der Regel die lineare Bewegung des Antriebs in eine Drehbewegung umgesetzt, mit der die Bewegung der Schaltpole bewirkt wird. Zur Kraft- bzw. Momentenübertragung werden diverse starre und bewegliche Koppelelemente, die die Verbindung zwischen der Schaltwelle und dem Schaltpol herstellen, verwendet. Diese Koppelelemente werden üblicherweise an mit Bohrungen versehenen Auslagern der Schaltwelle mittels Bolzen und zugehörigen Sicherungselementen montiert. Bei der Ausführung solcher Ausleger als Bestandteil einer Schaltwelle müssen die Bohrungen exakt axial ausgerichtet sein, um die einwandfreie Funktion des Schaltgeräts sicherzustellen.
• Die Herstellung solcher Schaltwellen ist verhältnismäßig aufwändig und/oder verschleißbehaftet. Um nämlich die Bohrungen in sämtlichen Auslegern der Schaltwelle exakt herstellen zu können, ist in dem Gusswerkzeug entweder ein langer Schieber vorzusehen, der sämtliche Bohrungen ausformt, oder mehrere kurze Schieber jeweils für einen Ausleger. Die kurzen Schieber haben den Nachteil, dass deren Verschiebungsmechanismus im Werkzeug verhältnismäßig aufwändig ist. Die langen Schieber haben dagegen den Nachteil, dass sie sehr verschleißintensive Bauteile sind, da sie bei jedem Guss durch eine Vielzahl von Bohrungen geführt werden müssen und ein entsprechender Abrieb die Folge ist. Daher müssen bei langen Schiebern die Buchsen im Werkzeug bzw. die Schieber selbst einer permanenten Instandhaltung unterzogen oder ausgetauscht werden, was sich deutlich im Preis des Werkzeugs und somit auch im Preis der Schaltwelle wiederspiegelt.
• In diesem Zusammenhang ist aus der Druckschrift EP 1 147 530 B1 eine Schaltwelle für einen mehrpoligen elektrischen Leistungsschalter bekannt, wobei der Wellenschaft durch einen Abschnitt eines rohrförmigen Halbzeuges aus einem Metall gebildet ist, das einen höheren Schmelzpunkt als die von dem Wellenschaft abragenden Hebel aufweist und wobei die Hebel auf dem Wellenschaft befestigt sind. Zur Aufnahme eines Gelenkstifts oder Lagerbolzens besitzen die Hebel nahe ihrem äußerem Ende eine Durchgangsöffnung.
• Ferner ist aus der Druckschrift EP 0 992 046 B1 eine Niederspannungs-Leistungsschalter mit einer Schaltwelle bekannt, wobei wenigstens ein Abschnitt des zentralen Schafts und ein zugehöriger Teil der abragenden Hebel als in einem Metall-Gießverfahren hergestellte einstückige Schaltwelleneinheit ausgebildet sind. Die einstückige Schaltwelleneinheit wird aus Aluminium-Druckguss hergestellt.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Schaltwellen vorzuschlagen, die mit einem einfacheren Werkzeug exakt hergestellt werden können.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrichtung mit einem gegossenen Wellenschaft, mindestens einem Ausleger, der sich von dem Wellenschaft radial nach außen erstreckt und an diesen angegossen ist, und einer Kopplungseinrichtung, die mit dem Ausleger verbunden ist, zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr zu der Schaltwelle, wobei die Kopplungseinrichtung an den mindestens einen Ausleger angegossen ist.
• Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrichtung durch Bereitstellen eines Gusswerkzeugs für einen Wellenschaft und mindestens einen Ausleger, der sich von dem Wellenschaft radial nach außen erstreckt, und Ausgießen des Gusswerkzeugs, wobei das Gusswerkzeug eine Aussparung für eine Kopplungseinrichtung, die zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr zur Schaltwelle dient, an dem mindestens einen Ausleger besitzt und die Kopplungseinrichtung vor dem Gießen in der Aussparung platziert wird.
• Die Kopplungseinrichtung kann einen Bolzen aufweisen, der an dem Ausleger angegossen ist. Vorteilhafterweise umfasst die Kopplungseinrichtung dann auch ein Kopplungselement, das an dem Bolzen drehbar gelagert ist. Damit kann eine in sich drehbare Kopplungseinrichtung an die Schaltwelle angegossen werden, ohne dass Toleranzen zwischen Bolzen und Bohrungen in den Auslegern berücksichtigt werden müssten. Vorteilhafterweise besitzt der Bolzen in dem Bereich, in dem er eingegossen ist, eine Nut in Umfangsrichtung, eine Kordelung oder Rändelung zur axialen Fixierung an der Schaltwelle. In die in den Bolzen beispielsweise eingedrehte Nut kann das flüssige Druckgussmaterial fließen, so dass nach dessen Erstarrung ein sicherer Formschluss geboten ist. Es können aber auch glatte Bolzen in die Ausleger eingegossen werden, die dann an ihren Stirnseiten komplett eingegossen oder durch angegossene Halbschalen axial gehalten werden.
• Die Schaltwelle wird vorzugsweise durch Druckguss gefertigt. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Herstellung aus einem Kunststoffmaterial geeignet, das den auftretenden Beanspruchungen widerstehen kann.
• Die erfindungsgemäße Schaltwelle lässt sich vorteilhafterweise in einer elektrischen Schaltvorrichtung einsetzen. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz bei Leistungsschaltern.
• Gegenüber konventioneller Montagetechnik mit der Fixierung von Bolzen mit Ausstichen durch Sicherungselemente ergeben sich durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren folgende Vorteile:
• a. Die Spielfreiheit an der Verbindungsstelle zwischen Bolzen und Auslegern kann auf Null reduziert werden. Damit lässt sich das Gesamtspiel einer Bewegungskette reduzieren und somit der Aufbau des Bewegungsapparats präziser ausführen, so dass ein entsprechender Leistungsschalter eine höhere Lebensdauer erhält.
• b. Sicherungselemente für die Bolzen können eingespart werden. Dadurch kann auch die Gefahr beseitigt werden, dass durch Schlagbeanspruchung die Sicherungselemente von den Bolzen abgehen.
• c. Die Montagezeit zum Ankoppeln der Schaltwelle an Kopplungselemente kann verkürzt werden. Die Zeit zum Einlegen der Kopplungseinrichtungen in das Gusswerkzeug ist nämlich gegenüber der Zeit zum Montieren von Bolzen und Koppelelementen an den Auslagern durch Sicherungselemente praktisch vernachlässigbar.
• d. Die Gesamttoleranzen können durch das Eingießen verringert werden. Die Verringerung sowohl der Form- als auch der Lagetoleranzen zwischen Bolzen und Laschen vermindert die Toleranzkette deutlich.
• e. Schließlich werden durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Schaltwellen die Werkzeugkosten gesenkt, da der Verschleiß reduziert und keine aufwändigen Schiebe notwendig sind.
• Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schaltwelle wiedergibt.
• Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugt Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
• Die in der Figur dargestellte Schaltwelle für einen Leistungsschalter ist aus Aluminium-Druckguss gefertigt. Sie be sitzt einen Wellenschaft 1, an den mehrere Ausleger 2, 2', 3, 3', 4, 4' und 5 angegossen sind. An die drei Auslegerpaare 2, 2' und 3, 3' sowie 4, 4' werden die Schalter für die einzelnen Pole der Schaltvorrichtung angekoppelt. Zum Ankoppeln werden Koppelelemente 6, 7 und 8 verwendet, die jeweils in Bolzen 9, 10 und 11 drehbar gelagert sind. Die Bolzen 9, 10 und 11 sind jeweils in ein Auslegerpaar 2, 2', 3, 3', 4, 4' unbeweglich an dessen distalen Ende eingegossen.
• Bei der Herstellung werden die Bolzen und die drehbar gelagerten Koppelelemente 6, 7, 8 in die Gussform eingelegt. Beim Gießen werden die Bolzen 9, 10, 11 an den Verbindungsstellen zur Schaltwelle 1 bzw. zu deren Auslegern 2, 2', 3, 3', 4, 4' umgossen. Die beweglichen Elemente, nämlich die Koppelelemente 6, 7 und 8, werden durch geeignete Abdichtungen, beispielsweise gehärtete Schneidkanten an dem Gusswerkzeug geschützt. Dadurch werden die Bolzen 9, 10, 11 beim Gießen leicht eingedrückt, und es kann kein Gussmaterial während des Gießvorgangs über die gewünschten Stellen hinaus beispielsweise zu den Koppelelementen 6, 7, 8 gelangen.
• Die Bolzen 9, 10, 11 können in den Auslegern unterschiedlich axial gesichert werden. Der in der Mitte der Figur dargestellte Bolzen 10 besitzt in Umfangsrichtung eine Nut 12. Diese Nut wird beim Gießen mit flüssigem Metall ausgegossen, so dass nach dem Erstarren des Metalls eine axiale Fixierung des Bolzens 10 in den Auslegern 3, 3' gegeben ist. In der Figur ist der Ausleger 3 ausgebrochen, damit die Nut 12 im Bolzen 10 sichtbar wird.
• Bei einer alternativen Ausführungsform gemäß dem linken Teil der Figur ist der Bolzen 9 glatt ausgeführt. Die axiale Fixierung des Bolzens 9 erfolgt hier durch an beiden Stirnsei ten des Auslegers 2 angegossene Halbschalen 13, 14. Glatte Bolzen 9 können aber auch dadurch axial fixiert werden, dass sie an den Stirnseiten komplett in die jeweiligen Ausleger eingegossen werden (in der Figur nicht dargestellt).

Claims (10)

1. Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrichtung mit – einem gegossenen Wellenschaft (1), – mindestens einem Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4'), der sich von dem Wellenschaft radial nach außen erstreckt und an diesen angegossen ist, und – einer Kopplungseinrichtung (6 bis 11), die mit dem Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') kraftschlüssig verbunden ist, zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr zur Schaltwelle, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) an den mindestens einen Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') angegossen ist.
2. Schaltwelle nach Anspruch 1, wobei die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) einen Bolzen (9, 10, 11) umfasst, der an den Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') angegossen ist.
3. Schaltwelle nach Anspruch 2, wobei die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) ein Koppelelement (6, 7, 8), das an dem Bolzen (9, 10, 11) drehbar gelagert ist, umfasst.
4. Schaltwelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Bolzen (9, 10, 11) in dem Bereich, in dem er eingegossen ist, eine Nut (12) in Umfangsrichtung oder einen Vorsprung in radialer Richtung zur axialen Fixierung aufweist.
5. Schaltwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die durch Aluminium-Druckguss gefertigt ist.
6. Schaltvorrichtung mit einer Schaltwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, die als Leistungsschalter ausgestaltet ist.
8. Verfahren zum Herstellen einer Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrichtung durch – Bereitstellen eines Gusswerkzeugs für einen Wellenschaft (1) und mindestens einen Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4'), der sich von dem Wellenschaft (1) radial nach außen erstreckt, und – Ausgießen des Gusswerkzeugs dadurch gekennzeichnet, dass – das Gusswerkzeug eine Aussparung für eine Kopplungseinrichtung (6 bis 11), die zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr zur Schaltwelle dient, an dem mindestens einen Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') besitzt und – die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) vor dem Gießen in der Aussparung platziert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) einen Bolzen (9, 10, 11) und ein daran drehbar gelagertes Koppelelement (6, 7, 8) besitzt und das Gusswerkzeug gehärtete Schneidkanten als Abdichtung des Bolzens (6, 7, 8) und somit der Kopplungseinrichtung (6 bis 11) gegenüber den Auslegern (2, 3, 4) aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Schaltwelle durch Druckguss gefertigt wird.