DE19703973C1 - Schaltgerät mit Unterspannungs-Hilfsauslöser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät mit einem Schaltschloß zum Öffnen und Schließen von Hauptkontakten, mit einem voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalter und mit einem Betätigungselement, das zum Antrieb des Schaltschlosses und zum Schließen des Unterspannungs-Hilfsauslösers dient, der dabei voreilend einen zum Schaltschloß gehörenden Klinken­ hebel in seine geschlossene Position bewegt, bevor der Ein­ schaltvorgang über das Schaltschloß erfolgt.

Ein gattungsgemäßes Schaltgerät wird seit geraumer Zeit von Unternehmen der Elektroindustrie vertrieben. Der Unterspan­ nungs-Hilfsschalter ist hier an das eigentliche Schaltgerät angekoppelt, um den Motor- bzw. Anlagenschutz bei Verwendung eines Leistungsschalters auch auf Spannungsausfall oder zu niedrige Spannung auszudehnen. Der Unterspannungs-Hilfsschal­ ter ist im Prinzip ein Elektromagnet, der gegen eine Aus­ schaltfeder arbeitet. Letztere wird bei vorhandener Spannung vorgespannt und ermöglicht über eine Klaue die Schaltschloß­ verklinkung des Schaltgeräts. Bei Spannungsausfall öffnet die Ausschaltfeder mit der in ihr gespeicherten Federenergie mit­ tels der Klaue die Schaltschloßverklinkung und das Schaltge­ rät öffnet den Stromkreis. Die Stromeinschaltung zur Vorspan­ nung der Ausschaltfeder erfolgt über den Elektromagneten, d. h. den voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalter. Dabei stellt sich das Problem in der zeitlichen Abstimmung zwischen dem Schließen des Hilfsschalterkontakts und dem eigentlichen Einschaltvorgang des Schaltgeräts über das Schaltschloß. Bei Spannungsausfall und auch im AUS-Zustand des Schaltgeräts be­ findet sich die Schaltschloßverklinkung im geöffneten Zu­ stand. Daher muß während des Einschaltvorgangs zunächst der Kontakt des Unterspannungs-Hilfsschalters geschlossen werden, damit die Schaltklaue zurückgezogen wird und überhaupt ein Zwischenhebel des Schaltschlosses an einem Klinkenhebel ver­ klinkt werden kann. Dies bedeutet, daß der Zwischenhebel nur am geschlossenen Klinkenhebel gefangen werden kann, bevor der eigentliche Einschaltvorgang in die EIN-Stellung des Schalt­ geräts erfolgt.

Das hierfür erforderliche Voreilen des Unterspannungs-Hilfs­ schalters wurde bisher durch einen Leerweg des Betätigungs­ elements, z. B. ein Kipphebel- oder Knebelantrieb erreicht. Dabei wirkt das Betätigungselement des Schaltgeräts im ersten Teil seines Bewegungshubes nur auf die Schließmechanik des Unterspannungs-Hilfsschalters. Erst wenn dieser Kontakt ge­ schlossen ist und damit die Verklinkbarkeit gewährleistet ist, greifen Mitnehmernasen in der Schaltschloßmechanik und schalten diese in den EIN-Zustand.

In der DE 195 26 591 A1 ist ein elektrischer Schalter mit ei­ nem Hauptstrompfad und mit einem eine Trennstelle aufweisen­ den Nebenstrompfad offenbart. Über einen Schalthebel ist so­ wohl das Schaltschloß des elektrischen Schalters als auch die Haupt- und Nebenkontaktstelle betätigbar. Im Schaltschloß wirken eine Ausschaltfeder und eine Zugfeder, deren Feder­ kräfte derart optimiert sind, daß die Ausschaltfeder schwach gewählt werden kann, da sie bei geschlossenem Trennkontakt von der Zugfeder unterstützt wird. Bei geöffnetem Trennkon­ takt muß die Ausschaltfeder nur die Reibungskräfte der Trenn­ kontaktstelle und dann noch die relativ geringe Hauptkontakt­ kraft überwinden.

Der DE 92 06 137 U1 ist ein Leistungsschalter mit einem Schaltschloß zu entnehmen, bei dem die Wirkungslinie einer Ausschaltfeder abhängig von der Schaltstellung verändert wird. Dadurch wird erreicht, daß in der AUS-Stellung sich bei einem großen Hebelarm ein großes Drehmoment ergibt und in der EIN-Stellung bei kleinem Hebelarm auf die Schaltwelle des Schaltschlosses ein relativ geringes Drehmoment wirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät der obengenannten Art zu schaffen, bei dem der Verlauf des Unter­ spannungs-Hilfsauslösers mit anschließender Verklinkung des Schaltschlosses auf einfache Weise realisiert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schaltschloß eine dem Betätigungselement in Wirkverbindung stehende Hebelmechanik, die einen Zwischenhebel zur Verklin­ kung am Klinkenhebel umfaßt, und eine erste und eine zweite auf den Zwischenhebel wirkende Federkraft aufweist, wobei die Summe der auf den Zwischenhebel wirkenden beiden Federkräfte in einer ersten Phase der Betätigung des Betätigungselements, in der der voreilende Unterspannungs-Hilfsschalter geschlos­ sen wird, diesen an einem Anschlag hält und in einer an­ schließenden zweiten Betätigungsphase den Zwischenhebel vom Anschlag weg in die Verklinkungsposition am Klinkenhebel be­ wegt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Schaltschloß einen mit dem Betätigungselement in Wirkverbindung stehenden Steuerhebel, eine an diesem angreifende Zugfeder, einen durch Kraft­ übertragung der Zugfeder in seiner Stellung veränderbaren Winkelhebel sowie einen zwischen dem Winkelhebel und dem Klinkenhebel angeordneten Zwischenhebel aufweist, der in AUS- Stellung durch eine Kompensationsfeder an einem Anschlag in einer solchen Stellung gehalten wird, daß er beim Einschalt­ vorgang nach Bewegung des Klinkenhebels in seine geschlossene Stellung durch die Schaltschloßmechanik vom Anschlag weg in die Verklinkungsposition am Klinkenhebel bewegt wird. Dies stellt eine bisher nicht bekannte zusätzliche Funktion der Kompensationsfeder dar, die bei vergleichbaren Schaltschlös­ sern normalerweise nur zur Reduzierung der Anlagekraft des Zwischenhebels an dem Klinkenhebel dient. Im vorliegenden Fall werden die Hebelverhältnisse so gewählt, daß mit dieser Kompensationsfeder sowohl die Anlagekraft reduziert als auch der Vorlauf des Unterspannungs-Hilfsschalters erreicht wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn eine feste Kopplung zwischen dem Betätigungselement und dem Schaltschloß besteht, durch die bei Betätigung der gesamte Bewegungshub des Betätigungselements auf das Schaltschloß für den Einschaltvorgang übertragen wird. Diese Ausführung hat außerdem den Vorteil, daß die Kraftübertragungskette nicht durch einen Leerweg unterbrochen werden muß und eine hierfür aufwendige Mechanik entfallen kann.

Vorteilhafterweise dient zum Antrieb ein Knebel als Betäti­ gungselement.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht, wenn nach einem ersten Drehwinkel α des Betätigungselements der Unter­ spannungs-Hilfsschalter schließt und bei einem zweiten größe­ ren Drehwinkel β sich der Zwischenhebel in der Verklinkungsposition an dem jetzt geschlossenen Klinkenhebel anlegt. Auf diese Weise wird die erforderliche Voreilung gewährleistet.

Ist die Kompensationsfeder als Drehfeder ausgeführt, so läßt sich hiermit der Platzbedarf verringern und die erforderliche Federsteifigkeit erreichen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be­ steht, wenn das Betätigungselement mit einer Kulissenkontur versehen ist, die bei Betätigung einen Umlenkhebel dreht, der das Schließen des Unterspannungs-Hilfsschalters auslöst. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Wirkverbin­ dung zwischen dem Betätigungselement und dem Hilfskontakt des Unterspannungs-Hilfsschalters dar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Schalt­ schlosses mit Drehantrieb eines erfindungs­ gemäßen Schaltgeräts in AUS-Stellung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Schalt­ schlosses gemäß Fig. 1 mit dem Auslösemecha­ nismus des Unterspannungs-Hilfsschalters und

Fig. 3, Fig. 4 eine Darstellung des Funktionsprinzips des Schaltschlosses mit Verklinkung in AUS- und EIN-Stellung.

In Fig. 1 ist in AUS-Stellung ein Schaltschloß eines Schaltge­ räts mit Drehhebelantrieb dargestellt, der mit einem Knebel 1 als Betätigungselement ausgeführt ist. Das Schaltschoß be­ steht im wesentlichen aus einem Steuerhebel 2, einem Winkel­ hebel 3, einem Zwischenhebel 4, einem Klinkenhebel 5 mit einer Verklinkungsnase 6, einer Zugfeder 7 und zwei Laschen 8, 9. Der Knebel 1 steht über ein Zahnsegment 10 und einen mit diesem verzahnten Antriebshebel 11 mit dem Steuerhebel 2 direkt, d. h. ohne einen Leerweg, in Wirkverbindung. Die Zug­ feder 7 hängt mit einem Ende an dem drehbar gelagerten Steu­ erhebel 2 und mit dem anderen Ende zusammen mit den Laschen 8 und 9 an einem Gelenkpunkt 12. Die Lasche 8 ist außerdem drehbar am Winkelhebel 3 befestigt, der sich am Zwischenhebel 4 abstützt. Letzterer wird durch die Kraft einer Kompensa­ tionsfeder 13, die hier als Drehfeder ausgeführt ist, an ei­ nen hier nicht dargestellten Anschlag gezogen. Die Federkraft der Kompensationsfeder 13 ist so bemessen, daß trotz des ein­ geleiteten Drehmoments 15 bzw. 16 der Zwischenhebel 4 am Anschlag 14 gehalten wird (siehe Fig. 3).

Fig. 2 zeigt den Auslösemechanismus des Unterspannungs-Hilfs­ schalters in Verbindung mit dem Schaltschloß. Das mit dem Knebel 1 verbundene Zahnsegment 10 weist an seiner Unterseite eine Kulissenkontur 17 auf. Diese dreht bei Betätigung des Knebels 1 einen Umlenkhebel 18, durch den der Kontakt 19 des voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalters geschlossen wird. Zum Unterspannungs-Hilfsschalter gehört eine Ausschaltfeder 20 und ein an dieser angreifendes Schiebeelement 21, das auf eine Schaltklaue 22 des Schaltgeräts wirkt. Die Schaltklaue 22 ist mit einer Auslösewelle 23 gemäß Fig. 1 zur Aufhebung der Schaltschloßverklinkung verbunden.

Fig. 3 zeigt das Funktionsprinzip der Schaltschloßmechanik in Verbindung mit dem Unterspannungs-Hilfsschalter in AUS-Stel­ lung. Die über die Zugfeder 7 und die mit ihr am Gelenkpunkt 12 verbundene Lasche 8 wird auf den Winkelhebel 3 aufgrund des relativ kurzen Hebelarms 25 ein geringes Drehmoment 15 ausgeübt. Das daraufhin auf den Zwischenhebel 4 wirkende Drehmoment 26 ist so klein, daß dieser durch die Wirkung der Federkraft der Kompensationsfeder 13 am Anschlag 14 anliegt. Zugleich ist der Kontakt 19 des Unterspannungs-Hilfsschalters in der offenen Position, in der die Ausschaltfeder 20 ohne Einwirkung des Elektromagneten des Unterspannungs-Hilfsschal­ ters den Klinkenhebel 5 in seiner offenen Stellung hält.

Beim Einschalten wird der Steuerhebel 2 durch die Drehung am Knebel 1 in Richtung EIN bewegt (siehe Fig. 4) und dabei die hier nicht dargestellten Hauptkontakte des Schaltgeräts ge­ schlossen. Gleichzeitig betätigt die Kulissenkontur 17 am Zahnsegment 10 den voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalter. Nach einem ersten Drehwinkel α von ca. 30° ist der Kontakt 19 des Unterspannungs-Hilfsschalters (siehe Fig. 1, 2) geschlos­ sen, so daß bei vorhandener Spannung die Ausschaltfeder 20 im Unterspannungs-Hilfsschalter gespannt wird. Die Schaltklaue 22 wird dadurch zurückgezogen und der Klinkenhebel 5 bewegt sich in seine geschlossene Position, in der der Zwischenhebel 4 gesperrt wird. Aufgrund der Rückdruckkraft 24 der Kontakt­ andruckfedern des Schaltgeräts und des sich verringernden Hebelarms der Zugfeder 7 dreht der Gelenkpunkt 12 gleichzei­ tig nach unten. Dabei wird der am Winkelhebel 3 angreifende Hebelarm 25 größer, so daß die Drehmomente 15, 16 mit zuneh­ mendem Drehwinkel steigen. Beim zweiten Drehwinkel β von ca. 45° ist das Drehmoment 16 größer als das durch die Kompen­ sationsfeder 13 bewirkte Drehmoment 26 am Zwischenhebel 4. Dieser legt sich an die Verklinkungsnase 6 des Klinkenhebels 5 an und stützt sich dort ab. Bei weiterer Verdrehung des Knebels 1 geht der Schalter in die EIN-Stellung.

Da das Schließen des Kontakts 19 des Unterspannungs-Hilfs­ schalters bereits bei 30° erfolgt und der Zwischenhebel 4 erst bei 45° anlegt, bleibt aufgrund des Differenzdrehwinkels genug Zeit, um den Klinkenhebel 5 bei vorhandener Spannung zu schließen oder bei Unterspannung offenzuhalten. Bei noch of­ fenem Klinkenhebel 5 aufgrund von Unterspannung gibt der nach vorn, d. h. vom Anschlag 14 wegdrehende Zwischenhebel 4 den Winkelhebel 3 frei und das Schaltgerät geht in den ausge­ lösten Zustand über.

Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Zwischenhebel 4 sich nicht bewegt, bevor der Unterspannungs-Hilfsschalter ge­ schlossen ist. In diesem Falle könnte nämlich das Schaltgerät bei Nennspannung nicht mehr verklinken, da der Zwischenhebel 4 bereits an der Verklinkungsnase 6 vorbeigelaufen wäre.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsform erläu­ tert ist, sollte berücksichtigt werden, daß damit nicht beab­ sichtigt ist, die Erfindung nur auf die dargestellte Ausfüh­ rungsform zu beschränken, sondern alle möglichen Änderungen, Modifizierungen und äquivalente Anordnungen, soweit sie vom Inhalt der Patentansprüche gedeckt sind, einzuschließen.

Claims (7)

1. Schaltgerät mit einem Schaltschloß zum Öffnen und Schlie­ ßen von Hauptkontakten, mit einem voreilenden Unterspannungs- Hilfsschalter und mit einem Betätigungselement (1), das zum Antrieb des Schaltschlosses und zum Schließen des Unterspan­ nungs-Hilfsschalters dient, der dabei voreilend einen zum Schaltschloß gehörenden Klinkenhebel (5) in seine geschlos­ sene Position bewegt, bevor der Einschaltvorgang über das Schaltschloß erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltschloß eine mit dem Betätigungselement (1) in Wirkverbindung stehende Hebelmechanik (3, 4, 8, 9), die einen Zwischenhebel (4) zur Verklinkung am Klinkenhebel umfaßt, und eine erste (7) und eine zweite auf den Zwischenhebel (4) wirkende Federkraft (13) aufweist, wobei die Summe der auf den Zwischenhebel (4) wirkenden beiden Federkräfte (7, 13) in einer ersten Phase der Betätigung des Betätigungselements (1), in der der voreilende Unterspannungs-Hilfsschalter ge­ schlossen wird, diesen an einem Anschlag (14) hält und in einer anschließenden zweiten Betätigungsphase den Zwischen­ hebel (4) vom Anschlag (14) weg in die Verklinkungsposition am Klinkenhebel (5) bewegt.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schaltschloß einen mit dem Betätigungs­ element (1) in Wirkverbindung stehenden Steuerhebel (2), eine an diesem angreifende Feder (7), einen durch Kraftübertragung der Feder (7) in seiner Stellung veränderbaren Winkelhebel (3) sowie einen zwischen dem Winkelhebel (3) und dem Klinken­ hebel (5) angeordneten Zwischenhebel (4) aufweist, der in AUS-Stellung durch eine Kompensationsfeder (13) an einem An­ schlag (14) in einer solchen Stellung gehalten wird, daß er beim Einschaltvorgang nach Bewegung des Klinkenhebels (5) in seine geschlossene Stellung durch die Schaltschloßmechanik vom Anschlag weg in die Verklinkungsposition am Klinkenhebel (5) bewegt wird.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine feste Kopplung zwischen dem Betätigungselement (1) und dem Schaltschloß besteht, durch die bei Betätigung der gesamte Bewegungshub des Betätigungs­ elements (1) auf das Schaltschloß für den Einschaltvorgang übertragen wird.

4. Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb ein Knebel (1) als Betätigungselement dient.

5. Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem ersten Drehwinkel α des Betätigungselements (1) der Unterspannungs- Hilfsschalter schließt und bei einem zweiten größeren Dreh­ winkel β sich der Zwischenhebel (4) in der Verklinkungsposi­ tion an dem Verklinkungshebel (5) anlegt.

6. Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensations­ feder als Drehfeder (13) ausgeführt ist.

7. Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungs­ element (1) mit einer Kulissenkontur (17) versehen ist, die bei Betätigung einen Umlenkhebel (18) dreht, der das Schlie­ ßen des Unterspannungs-Hilfsschalters auslöst.