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Elektrischer Schalter, insbesondere Selbstschalter Elektrische Schalter
einer bekannten Bauart besitzen einen Schalthebel als Träger des beweglichen Kontaktstückes.
Dieser Schalthebel führt beim Einschalten eine Schwenkbewegung aus, die sich mit
beträchtlicher Geschwindigkeit vollzieht. Die entsprechend große kinetische Energie
des Schalthebels und der mit ihm verbundenen Teile wird beim Auftreffen des beweglichen
Kontaktstückes auf dem zugehörigen feststehenden Kontaktstück nicht vernichtet,
sondern zum Teil in potentielle Energie umgewandelt. Dadurch wird ein Prellvorgang
eingeleitet, der bei fließendem Strom zum Verschweißen der Kontaktstücke führen
kann.
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Bei Kontaktanordnungen für die Schwachstromtechnik, wie sie z.B. in
Relais verwendet werden, ist es bekannt, das bewegliche Kontaktstück hohl auszubilden
und darin einen Körper oder eine andere Masse verschieblich anzuordnen (schweizerische
Patentschrift 299 05ü). Bei der.Bewegung des Kontaktstückes entsteht Reibung
zwischen dem Körper und der Wandung des Kontaktes, wodurch Prellungen der Kontaktstücke
gedämpft werden.
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Die Erfindung befa2t sich mit einem elektrischen Schalter, insbesondere
Selbstschalter, der mit einem feststehenden und einem beweglichen, an einem Ende
eines Schalthebels befestigten Kontaktstück versehen ist, das beim Einschalten durch
eine Schwenkbewegung des Schalthebels um einen zwischen seinen Enden liegenden Drehpunkt
an das feststehende Kontaktstück angelegt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, den Prellvorgang beim Einschalten möglichst abzukürzen oder ganz zu vermeiden
und dadurch eine Beschädigung der Kontaktstücke oder deren Verschweißen zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit
dem Schalthebel an dessen dem beweglichen Kontaktstück gegenüberliegenden Ende ein
Körper als zusätzliche Masse mit in der Ebene der Schwenkbewegung liegendem Spiel
gekuppelt ist. Der Körper wird bei der Einschaltbewegung mitbewegt. Infolge des
Spieles gegenüber dem Schalthebel kann sich der Körper im Augenblick der ersten
Kontaktstückberührung noch in seiner bisherigen Richtung weiterbewegen, während
das dem beweglichen Kontakts+ück gegenüberliegende Ende des Schalthebels seine Beweungsrichtung
umkehrt. Infolgedessen treffen der Körrer und daz dem beweglichen Kontaktstück gegenüberliegende
Ende des Schalthebels in einer bestimmten Zage mit entgegengesetzten Impulsen aufeinander.
Dadurch werden die Prellbewegungen vermindert oder bei geeigneter Bemessung der
Masse des mit dem Schalthebel gekuppelten Körpers und des Spieles ganz vermieden.
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Das Spiel in der Kupplung des Körpers mit dem Schalthebel kann dadurch
herbeigeführt sein, daß der Körper mit einer Ausnehmung versehen ist, in die ein
mit dem Schalthebel verbundener Bolzen mit Spiel eingreift.
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Die Anbringung des Körpers ist auf verschiedene Weise möglich. Beispielsweise
kann der Körper mit der erwähnten Ausnehmung auf dem in den Schalthebel eingesetzten
Bolzen gelagert sein.
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Eine besonders vorteilhafte Anordnung besteht darin, den Körper zylindrisch
auszubilden und auf einer ebenen Unterlage anzubringen, auf der er rollen und/oder
gleiten kann. Die Kupplung mit dem Schalthebel kann auch hierbei mittels eines in
den Schalthebel eingesetzten Bolzens geschehen, der in eine zweckmäßig zentral angebrachte
Ausnehmung des Körpers eingreift.
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Weitere Möglichkeiten zur Anbringung des Körpers sind dessen pendelartige
Lagerung an dem Schalthebel selbst oder an einem feststehenden Teil.
Es
hat sich ferner gezeigt, daß es sich günstig auswirkt, wenn der Schalthebel mit
dem Körper über elastische Zwischenglieder gekuppelt ist. Es empfiehlt sich, hierfür
Gummi oder einen anderen Werkstoff mit innerer Dämpfung zu verwenden. Derartige
Zwischenglieder dämpfen die Stöße beim Zusammentreffen des Schalthebels und des
Körpers.
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Die Erfindung kann mit Vorteil bei Gleichstrom-Schnellschaltern angewendet
werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Ansicht der für die Erfindung wesentlichen
Teile eines elektrischen Schalters.
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Fig. 2 zeigt den unteren Teil des Schalthebels gemäß Fig. 1 in Richtung
des Pfeiles A.
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Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Anbringung des
Körpers am unteren Ende des Schalthebels in Fig. 1.
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Fig. 4 ist ein Diagramm, in dem der Weg des Körpers und des unteren
Endes des Schalthebels in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist In den Figuren
1 und 2 ist mit 1 der Schalthebel bezeichnet, der das mit dem feststehenden Kontaktstück
2 zusammenwirkende bewegliche Kontaktstück 3 trägt. Der Schalthebel 1 trägt an seinem
unteren Ende einen Bolzen 4, der in dem Langloch 5 des feststehenden Teiles 6 geführt
ist. Wenn sich der Schalthebel 1 in der Ausschaltstellung befindet, liegt der Führungsbolzen
4, wie in Figo 1 dargestellt, am linken Ende des Langloches 5 an. Die üblicherweise
vorhandene bewegliche Stromzuführung zu dem Schalthebel 1 ist in Fig.-1 zur Vereinfachung
nicht dargestellt.
An einem Bolzen 7 des Schalthebels 1 greift eine
Feder 10 al, die mit ihrem anderen Ende an einem feststehenden Teil 11 befestigt
ist. Die Feder 10 erzeugt den erforderlichen Kontaktdruck und dient auch zur Bewegung
des Schalthebels 1 in die Ausschaltlage. Unterhalb des Bolzens 7 ist in den Schalthebel
1 ein weiterer Bolzen 12 eingesetzt, der als Gelenk für das aus den Hebeln 13 und
14 mit den weiteren Gelenkbolzen 15 und 16 gebildete Knie hebelsystem dient. Der
Bolzen 16 stützt sich gegen das feststehende Teil 17 ab. Beim Einwirken einer Kraft
in Richtung des Pfeiles 20 auf den Gelenkbolzen 15 wird der Gelenkbolzen 12 in Richtung
des Pfeiles 21 bewegt.
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Oberhalb des Bolzens 7 trägt der Schalthebel 1 einen Klinkenbolzen
22, der mit einem bei 23 gelagerten Klinkenhebel 24 zusammenwirkt. Der Klinkenhebel
24 wird durch eine Feder 25 gegen einen feststehenden Anschlag 26 gezogen. An dem
der Klinkennase 27 des Klinkenhebels 24 abgewandtem Ende greift die schematisch
dar-:estellte Auslöseeinrichtung 30 ein.
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Am unteren Ende des Schalthebels 1 ist ein Körper angeordnet, der
im Ausfüb.rungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 in zwei gleich große Teilkörper
33 und 33' unterteilt ist. Diese sind mittels eines Gelenkbolzens 32 und zweier
Arme 31 und 31' an dem Schalthebel 1 pendelartig gelagert. Die Teilkörper 33 und
33' sind mit je einer zylindrischen Ausnehmung 34 bzw. 34' versehen, in die der
Führungsbolzen 4 des Schalthebels 1 hineinragt. Da die Ausnehmungen 34 und 34' der
Teilkörper 33 und 33' einen größeren Durchmesser besitzen als der
Führungsbolzen 4, kann sich der Schalthebel 1 um ein gewisses Maß seitlich bewegen,
ohne daß die Teilkörper 33 und 33' mitgenommen werden. Auf diese Weise ist die für
die Erfindung wesentliche, mit Spiel versehene Kupplung der Teilkörper 33-und 33'
mit dem Schalthebel 1 gewährleistet.
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Das in Fig. 1 gezeigte Spiel des Bolzens 4 in der Ausnehmung 34 hängt
von der Größe des Schalters ab und liegt im Bereich einiger Millimeter.
Ferner
stehtin Fig. 1 der Schalthebel 1 in der Ausschaltlage senkrecht. Die Wirkungsweise
wird jedoch nicht beeinträchtigt, wenn in der Ausschaltlage eine geringe Schrägstellung
des Schalthebels 1 vorhanden ist.
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Die Teilkörper 33 und 331 (Fig. 2) können jeweils für sich mittels
der zugehörigen Arme 31 und 31' an dem Bolzen 32 schwenkbar gelagert sein. Die Anordnung
kann auch so getroffen sein, daß beide Arme 31 und 31' mit dem Bolzen 32 fest verbunden
sind und der Bolzen 32 in dem Schalthebel 1-drehbar gelagert ist. Aus Fig. 2 ist
ferner ersichtlich, daß der Führungsbolzen 4 in dem Schalthebel 1 mittels einer
Buchse 35 befestigt ist, die aus Gummi oder einem anderen Werkstoff mit innerer
Dämpfung besteht. Auf diese Weise ergibt sich eine elastische Kupplung des Schalthebels
1 mit den Teilkörpern 33 und 33t.
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Wie die Fig. 2 ferner zeigt, ist das Teil 6 U-förmig ausgebildet und
riiit zwei Langlöchern 5 und 51 versehen, durch die hindurch sich der Führungebolzen
4 erstreckt. Während in Fig. 2 die Schenkel des U-förmigen Teiles 6 zwischen dem
Schalthebel 1 und den Teilkörpern 33 und 33' liegen, ist es auch möglich, den Führungsbolzen
4 an seinen äußeren Enden in Langlöchern zu führen.
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Eine andere Anordnung mit zwei Teilkörpern ist in Fig. 3 dargestellt,
in der nur. der Teilkörper 33 sichtbar ist. Der zylindrisch geformte Körper 33 liegt
auf einer ebenen Fläche 39 auf, auf der er rollen und/oder gleiten kann. Dies hat
den Vorteil, daß das Gewicht des Körpers 33 von der Unterlage aufgenommen wird.
Es empfiehlt sich, die Fläche 39 horizontal anzuordnen. Eine geringe Neigung
gegen die Horizontale ist jedoch nicht nachteilig.
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In Fig. 3 ist der Führungsbolzen 4 des Schalthebels 1 wie in dem Beispiel
gemäß Fig. 1 in dem Langloch 5 des feststehenden Teiles 6 geführt. Die Zage des
Führungsbolzens 4 in dem Langloch entspricht dabei einer Zwischenstellung, die beim
Einschalten durchlaufen wird. Ebenfalls in der bereits beschriebenen Weise greift
der
Führungsbolzen 4 in die Ausnehmung 34 des Körpers 35 ein und kann darin die gestrichelt
eingezeichneten Grenzlagen einnehmen. Bei rascher Mitnahme des Körpers 33 durch
den Führungsbolzen 4 wird der Körper 33 nicht sofort zu rollen beginnen, sondern
auf der Fläche 39 zunächst gleiten. Dies wirkt sich in vorteilhafter Weise als Reibungsdämpfung
aus.
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In dem Beispiel nach Figo 3 ist zusätzlich ein Anschlag 40 für den
Körper 33 und entsprechend für den nicht sichtbaren Teilkc:@-per 331 vorhanden.
Der Anschlag 44 ist so angeordnet, daß bei der Mitnahme der Teilkörper 33 und 33f
durch den Führungsbolzen 4 die Teilkörper 33 und 331 gegen den Anschlag 40
laufen, wobei der Führungebolzen 4 am rechten Ende des Fangloches 5 anliegt4 Dur-----.,
die Einschaltung eines nachgiebigen Puffers 41 aus Gummi @,wi.vhen dem Anschlag
44 und dem Tragteil 42 ist dafür gesorgt, daß a@.of.@ beim Vorhandensein von Maßabweichungen
der Körper 33 aufgehalten wird, wenn, der Führungsbolzen 4 am Ende des Langloches
5 anschlägt.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Schalters
beschrieben. Zum Einschalten wird auf den Gelenkbolzen 15 über einen geeigneten
Antrieb eine Kraft in Richtung des Pfeiles 20 ausgeübt, wodurch der Gelenkbolzen
12 in Richtung des Pfeiles 21 bewegt wird. Der Schalthebel 1 führt infolgedessen
eine Schwenkbewegung aus, bei der zunächst das untere Ende des Schalthebels und
nach Durchlaufen des Spieles auch die Teilkörper 33 und 33f in Richtung des Pfeiles
21 bewegt werden. Bei geeigneter Zage der Bolzen 7 und 12 zueinander und in bezug
auf die Enden des Schalthebels 1 kann auch erreicht werden, daß sich der Schalthebel
1 zu Beginn der Einschaltbewegung annähernd parallel zu sich selbst in Richtung
des Pfeiles 21 bewegt. Die Schwenk.-bewegurig oder Verschiebung des Schalthebels
1 dauert solange an, bis der Führungsbolzen 4 an dem rechten Ende des Langloches
5 zum Anliegen kommt. Die weitere Bewegung des Schalthebels 1 vollzieht sich als
Schwenkbewegung mit dem Führungsbolzen 4 als Drehpunkt. Wenn das Kniehebelsystem
mit den Hebeln 13 und 14 annähernd
die Strecklage erreicht hat,
erfaßt der Klinkenhebel 24 den Klinkenbolzen 22, der nun zum Drehpunkt wird. Beim
anschließenden Durchdrücken des Kniehebelsystems über die Strecklage hinaus nach
unten entfällt die Unterstützung des Gelenkbolzens 12, und der Schalthebel 1 führt
unter dem Zug der Feder 10 eine Schwenkbewegung aus, in deren Verlauf sich das bewegliche
Kontaktstück 3 und das feststehende Kontaktstück 2 berühren. Dabei wird der Führungsbolzen
4 wieder von dem rechten Ende des Langloches abgehoben, und die Teilkörper 33 und
33' werden mitgenommen.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 werden die Teilkörper 33 und. 33' durch
den Anschlag 40 angehalten, wenn der Führungsbolzen 4 am rechten Ende des Langloches
5 zum Anliegen kommt. Da die Teilkörper 33 und 33' zuvor von dem Führungsbolzen
4- mitgenommen worden sind, liegt der Führungsbolzen 4 auf der rechten Seite der
Ausnehmungen 34 und 34' an. Deshalb kann sich der Führungsbolzen 4 ohne Behinderung
durch die Masse der Teilkörper 33 und 33' vom rechten Ende des Langloches 5 abheben
und bis zur linken Seite der Ausnehmungen 34 und 34' bewegen, werd die Schwenkbewegung
des Schalthebels um den Klinkenbolzen 22 einsetzt.
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Die gleiche Wirkungsweise ist auch bei der per21elartigen Lagerung
der Teilkörper 33 und 33' gemäß Fig. 1 durch-Einen sinngemäß angeordneten Anschlag
erzielbar.
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Bei der Berührung der Kontaktstücke 2 und 3 wird die Geschwindigkeit
der Schwenkbewegung des Schalthebels 1 stark gebremst. Dabei wird die kinetische
Energie des Schalthebels 1 und der mit ihm verbundenen bewegten Teile in potentielle
Energie der elastischen Verformung umgewandelt. Wenn dies vollständig geschehen
ist, kommt der Schalthebel zum Stillstand. Sowohl die Kontaktstücke 2 und 3 als
auch der Schalthebel 1 sind dabei elastisch verformt bzw, durchgebogen.
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Beim vorübergehenden Stillstand des Führungsbolzens 4 können sich
die Teilkörper 33 und 33' weiterbewegenp da die Ausnehmungen
34
und 34' einen größeren Durchmesser als der Führungsbolzen 4 besitzen. Wenn sich
der Führungsbolzen 4 unter der Wirkung der in dem System gespeicherten potentiellen
Energie wieder nach rechts in Bewegung setzt, treffen deshalb der Führungsbolzen
4 und die Teilkörper 33 und 33' mit den Ausnehmungen 34 und 34' in entgegengesetzter
Richtung aufeinander. Wenn das Aufeinandertreffen geschieht, bevor das bewegliche
Kontaktstück 3 von dem feststehenden Kontaktstück 2 abgehoben ist und die Masse
der Teilkörper 33 und 33' entsprechend bemessen ist, so heben sich die Impulse des
Schalthebels 1 und der Teilkörper 33 und 331 auf und eine Öffnung der Kontaktstücke
unterbleibt. Falls die Masse kleiner ist und/oder das Aufeinandertreffen in einem
späteren Zeitpunkt geschieht, so wird der Prellvorgang zumindest stark abgekürzt,
da auch in diesem Fall ein wesentlicher Teil der Frellenergie aufgehoben wird.
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In Fig. 4 ist der beschriebene Vorgang in einem Diagramm dargestellt,
das den von dem Führungsbolzen 4 und den Teilkörpern 33 und 33' zurückgelegten Weg
s in Abhängigkeit von der Zeit t zeigt. Die Null-Linie des Diagramms entspricht
dabei der Zage des Führungsbolzens 4, die er einnimmt, wenn sich die Kontaktstücke
2 und 3 berühren. Im Zeitpunkt 0 befindet sich der Führungsbolzen 4 in der mit s1
bezeichneten Stellung. Im Zeitpunkt t1 setzt sich der Führungsbolzen 4 in Bewegung
und erreicht im Zeitpunkt t2 die Zage s2, in der er am rechten Ende des Langloches
5 anliegt und in der er bis zum Zeitpunkt t3 verbleibt. Im Verlauf der anschließenden
Schwenkbewegung, die nach dem Einrasten des Klinkenbolzens 22 hinter der Klinkennase
27 einsetzt, durchläuft der Führungsbolzen im Zeitpunkt t5 die statische Einschaltlage
entsprechend der ersten Berührung der Kontaktstücke 2 und 3 und kommt im Zeitpunkt
t6 zum Stillstand, in dem die größte elastische Verformung erreicht und die gesamte
kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt ist. Der nach dem Zeitpunkt
t5 gewöhnlich einsetzende Prellvorgang ist in Fig. 4 verkürzt dargestellt. Während
der Zeiträume, in denen sich der Führungsbolzen 4 unterhalb der Null-Linie befindet,
sind die-Kontakte geschlossen. Die durch Schraffur
hervorgehobenen
Kurventeile oberhalb der Null-Linie entsprechen einer Kontakttrennung.
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Bis zum Zeitpunkt t3 bewegen sich der Führungsbolzen 4 und die Teilkörper
33 und 33' gemeinsam. Danach vollzieht sich die weitere Bewegung dieser Körper entsprechend
der gestrichelten Kurve in Fig. 4. Nach dem Durchlaufen der Ausnehmung 34 nimmt
der Führungsbolzen 4 die Teilkörper 33 und 33' vom Zeitpunkt t4 ab mit, so daß diese
Teile die gleiche Geschwindigkeit haben. Während der Führungsbolzen 4 jedoch im
Zeitpunkt t5 infolge der Berührung der Kontaktstücke 2 und 3 stark gebremst wird,
bewegen sich die Teilkörper 33 und 33' weiter und treffen im Zeitpunkt t7 auf den
zurückkehrenden Führungsbolzen 4. In diesem Augenblick befindet sich der Führungsbolzen
4 kurz vor dem Erreichen der statischen Einschaltlage, und der Kontaktdruck ist
noch etwas größer als der statische Kontaktdruck. Ein nachträgliches Öffnen der
Kontakte wird deshalb mit Sicherheit vermieden.
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Der scharfe Knick der gestrichelten Kurve im Zeitpunkt t4 in Fig.
4 entspricht einer schlagartigen Mitnahme der Teilkörper 33 und 33' durch den Führungsbolzen
4. Um die damit verbundene Beanspruchung herabzusetzen, ist im Ausführungsbeispiel
gemäß den Figuren 1 und 2 der Führungsbolzen 4 in eine dämpfende Buchse 35 eingesetzt.
Die Dämpfung des Stoßes bei der Mitnahme der Teilkörper 33 und 33'.ist in Fig. 4
so darstellbar, daß die gestrichelte Kurve im Zeitpunkt t4 statt eines Knickes eine
mehr oder weniger ausgeprägte Rundung erhält.
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Zum Ausschalten wird beispielsweise durch die Einrichtung 30 der Klinkenhebel
34 angehoben, bis die Klinkennase 27 von dem Klinkenbolzen 22 abgleitet. Die Feder
10 zieht nun den Schalthebel 1 in die Ausschaltlage, in der der Führungsbolzen 4
am linken Ende der Langlöcher 5 und 5' (Fig. 1) anliegt.