DE19839061C2 - Installationsgerät mit formstabiler Achslagerung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Installationsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Installationsgeräte dieser Gattung zur Montage an Hutschienen sind im allgemeinen Sicherungsautomaten bzw. Leitungsschutz­ schalter (nachfolgend kurz als LS-Schalter bezeichnet) mit standardisierten Montageabschnitten entsprechend der Form der Hutschiene und genormten elektrischen Anschlüssen zur Verwen­ dung für sogenannte Sammelschienen, jedoch mit unterschiedli­ chen Auslösecharakteristiken und Nennstromstärken.

Aus der DE 37 34 336 A1 ist ein Installationsgerät dieser Gat­ tung bekannt, welches aus einem im wesentlichen rechteckigen, flach bauenden Gehäuse besteht, an dessen schmaler Vorderseite eine manuell betätigbare Schaltereinrichtung vorgesehen ist. Die schmale Rückseite ist als Montageabschnitt zur Befestigung des Gehäuses an einer Hutschiene ausgebildet. Das Gehäuse ist in der Regel aus Isolationsgründen aus einem Kunststoffmaterial gefertigt, welches zu zwei Gehäusehälften gegossen ist, die un­ ter Ausbildung eines Gehäusehohlraums zusammengefügt und bei­ spielsweise mittels Nieten miteinander verbunden sind. Die In­ nenseiten der Gehäusehälften sind dabei entsprechend der ein­ zelnen Schalterbauteile oder Komponenten vorgeformt, die in dem Gehäusehohlraum teils ortsfest, teils beweglich untergebracht sind. Präziser ausgedrückt sind an den Innenseiten der zwei Ge­ häusehälften zum einen rippen- oder leistenförmige Vorsprünge angeordnet, welche beim Zusammenfügen der Gehäusehälften den Gehäusehohlraum in mehrere unterschiedlich dimensionierte Hohl­ raumbereiche zur Aufnahme der Schalterkomponenten zergliedern. Zum anderen sind eine Anzahl von Befestigungssockeln vorgese­ hen, in denen jeweils ein Sackloch ausgebildet ist. In diesen Sacklöchern sind zur drehbaren Lagerung von Schalterkomponenten wie Kupplungsteilen, Kontakten usw. benötigte Achsen einzeln verpreßt oder eingeklebt. Hierbei dienen einfache Stahlstifte als Achsen, auf denen die entsprechenden, drehbaren Schalter­ komponenten gleitgelagert sind.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß sich bei dieser Variante der Befestigung der Achsen das Problem einer geringen mechanischen und/oder thermischen Belastbarkeit und Festigkeit der Achslage­ rungen ergibt. LS-Schalter bzw. deren Komponenten erhitzen sich teilweise im Betrieb, wobei die Wärme über die Metallstifte in das Gehäuse abgeleitet wird. Kunststoff hat nicht nur die Ei­ genschaft eines ausgezeichneten elektrischen Isolators sondern auch eines schlechten Wärmeleiters. D. h. Wärme innerhalb des Gehäuses wird nur mangelhaft nach außen abgegeben, wodurch sich insbesondere im Bereich der Achsbefestigungen solche Tempera­ turspitzen im Gehäuse ergeben können, die ein Erweichen des Kunststoffmaterials bewirken. In diesem Zustand können die Ach­ sen ihre Relativlage zueinander verändern, wodurch die Funkti­ onsfähigkeit des LS-Schalters beispielsweise aufgrund verrin­ gerter Beweglichkeit der drehbaren Schalterkomponenten oder de­ ren Dejustierung beeinträchtigt werden kann. Unterstützt wird diese Relativlageveränderung durch äußere Kräfte auf die Achsen insbesondere bei federvorgespannten Schalterkomponenten. Über die drehbaren mechanischen Schalterkomponenten, welche an den Achsen gelagert sind, wird nämlich auf die Achsen eine Kraft in Folge beispielsweise einer Federvorspannung ausgeübt, die über das entsprechende Sackloch in das Schaltergehäuse eingeleitet wird. Kommt es in dem Installationsgerät nun zu einer Erwär­ mung, weicht der Kunststoff des Gehäuses auf, so daß die Achsen in Richtung der Kraft verschoben oder verschwenkt werden. Dabei ist zu bemerken, daß LS-Schalter dieser Gattung zahlreiche Ach­ sengruppen aufweist, deren Schalterkomponenten gegeneinander vorgespannt sind, d. h. die entgegengesetzt ausgerichtete Kräfte aufnehmen müssen.

Eine weitere technische Variante (DS-AS 1 178 501, US 5 075 657) für die Lagerung der drehbaren Schalterkomponenten sieht die Anordnung von sogenannten Platinenschlössern vor, bei denen in eine Metallplatte eine Mehrzahl von Durchgangslöchern ausge­ bohrt sind, in denen die Lagerungsachsen in Form von Stahlstif­ ten stecken.

Beide Varianten haben jedoch den gemeinsamen Nachteil, daß sie relativ teuer und aufwendig sind. Bei der erst genannten Vari­ ante muß jeder Stift einzeln in die im Gehäuse ausgebildeten Sacklöcher eingesetzt und verklebt werden. Bei der zweit ge­ nannten Variante erhöhen sich die Materialkosten infolge der Anordnung der Metallplatte, was sich insbesondere bei einer Massenproduktion erheblich bemerkbar macht.

Angesichts dieser Problematik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Installationsgerät dieser Gattung zu schaffen, des­ sen Funktionsfähigkeit auch unter thermischer und/oder mechani­ scher Belastung seiner Schalterkomponenten verbessert wird, oh­ ne daß sich dessen Herstellungskosten gegenüber einem herkömm­ lichen Schalter erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Installationsgerät mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Gemäß diesem Patentanspruch 1 hat das Installationsgerät ein Kunststoffgehäuse, in dem eine Anzahl von Gerätekomponenten un­ tergebracht ist, die beweglich auf im Gehäuse befestigten Ach­ sen lagern. Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Achsen durch einen Steg miteinander verbunden. Dieser Steg ist dabei als ein zum Gehäuse externes Bauteil ausgebildet. Zwei Achsen und der Steg bilden einen U-förmigen Bügel. Der Vorteil dieser Anord­ nung besteht darin, daß Kräfte, welche auf die zwei Achsen in im wesentlichen entgegengesetzte Richtungen einwirken, von dem Steg als Druck- oder Zugkräfte aufgenommen werden, wodurch das Gehäuse selbst unbelastet bleibt. Andere Kräfte, deren Richtung nicht der Ausrichtung des Stegs folgen werden durch den Steg auf verbundenen Achsen verteilt, d. h. deren Einleitung in das Gehäuse erfolgt über die zumindest zwei Achsen und den dazwi­ schen angeordneten Steg, wodurch die Belastung pro Flächenein­ heit erheblich verringert bzw. die Kraftangriffsfläche auf das Gehäuse erhöht werden kann. Eine Veränderung der ursprünglichen Relativposition der Achsen aufgrund thermischer und mechanischer Belastung wird somit wirkungsvoll verhindert. Auch das Gehäuse wird geringeren thermischen Belastungsspitzen ausgesetzt, da die Wärmeenergie aufgrund des Stegs und die da­ mit vergrößerte Gesamtfläche der Achsen-Stegbaugruppe besser verteilt und abgeleitet werden kann.

Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Stegform ein nur geringer Mehraufwand an Material betrieben, der mehr als nur kompensiert werden kann, dadurch, daß beim Zusammenbau des Ge­ räts die zwei miteinander verbundenen Achsen in einem einzigen Schritt gleichzeitig montiert werden. Dies erleichtert den Mon­ tagevorgang der Achsen und verkürzt insgesamt die Montagezeit.

Gemäß dem Anspruch 2 ist es ferner vorgesehen, daß der U-förmige Bügel ein entsprechend gebogener Me­ tallstift ist. Dies hat den Vorteil, daß die Achsen auf beson­ ders kostengünstige Weise, nämlich durch Biegen oder Stanzen aus einem preiswerten Material, beispielsweise einem Me­ talldraht einstückig hergestellt werden können.

In diesem Fall erfolgt der Einbau des U-förmigen Bügels gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 3 derart, daß die durch den Steg miteinander verbundene Achsen unter Zug- oder Druckspan­ nung gegeneinander stehende Komponenten lagern, wobei sich die Achsen über den Steg derart gegeneinander abstützen, daß eine verringerte Krafteinleitung in das Gehäuse erfolgt. In anderen Worten ausgedrückt, verläuft der Steg entlang der teilweise zu erwartenden gegensätzlichen Kraftrichtungen, die auf die ver­ bundenen Achsen einwirken.

Auch die Ausbildung des Gehäuses vereinfacht sich, da wie bis­ her im Stand der Technik nicht eine Anzahl von Sackbohrungen entsprechend der Anzahl von Achsen sondern eine verringerte An­ zahl von Nuten vorgesehen werden müssen, in die der Steg des U- förmigen Bügels eingesetzt und darin verpreßt oder verklebt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnun­ gen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Perspektivenansicht einer Gehäusehälfte eines LS-Schalters mit zwei erfindungsgemäßen formstabilen Achslage­ rungen in der Form zweier U-förmiger Bügel und

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Schalterkomponenten, welche auf den Achsen der zwei U-förmigen Bügel gelagert sind.

Gemäß der Fig. 1 besteht das Gehäuse eines LS-Schalters aus zwei Gehäusehälften, die aus einem Kunststoffmaterial gegossen bzw. gepreßt sind und die unter Ausbildung eines Gehäusehohl­ raums miteinander verschraubt sind. Die Perspektivenansicht in Fig. 1 zeigt dabei die Innenseite einer der Gehäusehälften 1. Demzufolge ist der Gehäusehohlraum in mehrere Bereiche durch leistenförmige Trennwände 2 unterteilt, die einstückig an den Gehäusehälften 1 ausgebildet sind. Diese Trennwände 2 sind an die Form und Funktion der Schalterkomponenten angepaßt, welche in den einzelnen Hohlraumbereichen untergebracht werden sollen. Des weiteren zeigt die Fig. 1 zwei schlitzartige Nuten 3, 4, welche in podestförmige Sockeln 5, 6 an der Innenseite der ei­ nen Gehäusehälfte 1 ausgebildet sind. In den Nuten 3, 4 sind U- förmige 7, 8 Bügel eingesetzt, und darin verpreßt und/oder ver­ klebt.

Jeder U-förmige Bügel 7, 8 besteht aus einem Steg 9, 10, die jeweils zwei Schenkel 11, 12; 13, 14 einstückig miteinander verbinden, welche Achsen zur schwenkbaren Lagerung von Schal­ terkomponenten bilden. Die U-förmigen Bügel 7, 8 sind aus Me­ tallstiften gefertigt, die zu der beschriebenen Form gebogen sind. Alternativ hierzu können die U-förmigen Bügel 7, 8 auch als Stanzteile ausgebildet oder aus mehreren Einzelteilen bei­ spielsweise durch Löten oder Schweißen zusammengesetzt sein.

Die Tiefe jeder Nut 3, 4 im Gehäuse 1 ist derart gewählt, daß im eingesetzten Zustand der U-förmigen Bügel 7, 8 die stegsei­ tigen Endabschnitte der Bügelschenkel 11, 12; 13, 14 über eine bestimmte Länge in den Nuten 3, 4 versenkt sind, so daß Seiten­ kräfte auf die Bügelschenkel 11, 12; 13, 14 senkrecht zur Steg­ richtung von den Nutenwänden aufgenommen werden können. Zusätz­ lich sind die podestförmigen Sockel 5, 6, in welchen die Nuten 3, 4 ausgenommen sind, durch Rippen 15 miteinander sowie mit den Seitenwänden der gezeigten Gehäusehälfte 1 verbunden, wel­ che ebenfalls einstückig an der Innenseite der Gehäusehälfte 1 ausgeformt sind. Diese Rippen 15 dienen zur zusätzlichen Ver­ steifung der podestförmigen Sockel 5, 6.

In der Fig. 2 sind die Schalterkomponenten aus einer Vielzahl weiterer LS-Schalter spezifischer Komponenten (nicht weiter ge­ zeigt) dargestellt, welche an den Achsen gelagert sind, die durch die zwei U-förmigen Bügel 7, 8, bzw. deren Schenkel ge­ bildet werden.

An der einen gehäuserandseitigen Achse 11 des im Mittenab­ schnitt des Gehäuses angeordneten Bügels 7 ist ein Betätigungs­ hebelelement 16 (kurz Knebel) drehbar gelagert, bestehend aus einem aus dem Gehäuse ragenden Hebel 17 und einem dickwandigen Zylinder 18, welcher gleichzeitig die Nabe zur Lagerung auf der Achse 11 bildet. In der Zylinderwand ist entsprechend eines Ex­ zenters ein Eingriffsbauteil 19 drehbar gelagert, welches über eine Feder 20 in Rotationsrichtung des Zylinders (gemäß Fig. 2 nach links) vorgespannt ist. Die Feder 20 ist hierfür an ihrem freien Ende an einen Stift 21 eingehakt, der einstückig mit der Gehäusehälfte 1 ausgebildet ist. Gleichzeitig übt die Feder 20 je nach Lage des Knebels 16 auf das Eingriffsbauteil 19 eine Kraft in Rotationsrichtung um dessen Lagerung am Knebel 16 aus.

Das freie Ende des Eingriffsbauteils 19 (gemäß Fig. 2 rechtes Ende) bildet einen Zapfen, der senkrecht zur Bildebene gemäß Fig. 2 nach hinten vorsteht und in einer Kerbe 22 eines Kon­ taktfingers 23 einrastbar ist. Dieser Kontaktfinger 23 lagert wiederum auf einer inneren Achse 14 des anderen, gemäß Fig. 2 rechtsseitigen Bügels 8 und ist mittels einer Feder 25 in eine Richtung vorgespannt, in welcher der Kontaktfinger 23 außer Eingriff mit einem ortsfesten Leiterkontakt 24 ist. Die gezeig­ te Feder 25 ist dabei an ihrem freien Ende an der anderen, ge­ häuserandseitigen Achse 13 des gleichen Bügels 10 eingehakt. Ferner ist ein Auslösehebel 26 in Form einer Wippe auf der in­ neren Achse 12 des im Mittenabschnitt angeordneten Bügels 9 ge­ lagert, dessen einer Hebelschenkel mit dem Zapfen des Ein­ griffsbauteils 19 in Eingriff bringbar ist, um diesen aus der Kerbe 22 des Kontaktfingers 23 zu drücken und dessen anderer Hebelschenkel mit einem Bimetallelement (nicht gezeigt) für ein Verschwenken des Auslösehebels 26 in Eingriff bringbar ist.

Die exakte Funktionsweise des vorstehend nur abschnittsweise beschriebenen LS-Schalters ist aus dem Stand der Technik hin­ länglich bekannt, so daß auf entsprechende Veröffentlichungen verwiesen werden kann. Lediglich zum Verständnis der Erfindung wird eine allgemeine Erläuterung des Bewegungsablaufs der dreh­ baren Schalterkomponenten sowie des Kräfteverlaufs zwischen den beschriebenen Achsen nachfolgend gegeben:

In Fig. 2 wird der ausführungsgemäße LS-Schalter in einer Schaltstellung gezeigt, in welcher ein Leitungskontakt ge­ schlossen ist.

In dieser Stellung befindet sich der Knebel 16 in einer gemäß Fig. 2 nach links umgelegten Position, in der das Eingriffsbau­ teil 19 an bezüglich der Drehachse 11 des Knebels 16 nach rechts verschwenkt ist und somit die auf das Eingriffsbauteil 19 einwirkende Feder 20 gespannt ist. Der Zapfen des Eingriffs­ bauteils 19 ist dabei in die Kerbe 22 des Kontaktfingers 23 eingerastet und drückt diesen somit gegen den ortsfesten Lei­ terkontakt 24, wobei die gezeigte Spiralfeder 25 zur Vorspan­ nung des Kontaktfingers 23 gespannt ist. Ferner ist in dieser Schaltstellung der Auslösehebel 26 nicht mit dem Eingriffsele­ ment 19 in Berührung.

Das nicht gezeigte Bimetallelement ist elektrisch über ein Ka­ bel (ebenfalls nicht gezeigt) mit dem Kontaktfinger 23 verbun­ den, so daß in der Schaltstellung gemäß der Fig. 2 ein elektri­ scher Strom über das Bimetallelement, das Kabel und den Kon­ taktfinger 23 auf den ortsfesten Leiterkontakt 24 übertragen wird. Bei einer Überlastung erhitzt sich das Bimetallelement und verbiegt sich derart, daß es mit dem Auslösehebel 26 in Eingriff kommt, um diesen zu verschwenken. Hierdurch kommt der Auslösehebel 26 mit dem Eingriffsbauteil 19 in Berührung und drückt dessen Zapfen aus der Kerbe 22 des Kontaktfingers 23. In diesem Augenblick wird der Kontaktfinger 23 durch die Federvor­ spannung verschwenkt, wodurch der Kontakt zwischen dem Kontakt­ finger 23 und dem ortsfesten Leiterkontakt 24 unterbrochen wird.

Um ein schnelles Auslösen des LS-Schalters zu gewährleisten ist es erforderlich, den Kontaktfinger 23 mit einer relativ großen Federkraft vorzuspannen. Die Anordnung des gemäß Fig. 2 rechts­ seitigen Bügels 8 ist dabei derart gewählt, daß ein Teil der Federkräfte, die auf die gehäuserandseitige Achse 13 des Bügels 8 einwirken, über den Steg 10 auf die andere, innere Achse 14 übertragen werden, auf welche die Rückziehkräfte der Spiralfe­ der 25 über den Kontaktfinger 23 einwirken. Da Komponenten dieser Kräfte entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind, eliminieren sich diese und werden somit nicht mehr in das Kunststoffgehäuse 1 eingeleitet. Andere, nicht sich gegenseitig eliminierende Kraftkomponenten werden zumindest auf beide Ach­ sen 13, 14 verteilt und über diese Achsen 13, 14 sowie den Steg 10 in das Gehäuse 1 eingeleitet. Auf diese Weise erhöht sich die Kraftangriffsfläche im Gehäuse 1 gegenüber beispielsweise einem einzelnen Stift, wie dies aus dem Stand der Technik be­ kannt ist.

Ferner wird der U-förmige Bügel 8 insbesondere als Achse für jene Bauteile eingesetzt, welche thermischen Belastungen ausge­ setzt sind und die somit Wärme über die Achsen in das Gehäuse einleiten. Aufgrund der erhöhten Kraftangriffsfläche erhöht sich natürlich auch der Flächenanteil, über den Wärme in das Gehäuse 1 abgegeben werden kann. Durch eine erhöhte Wärmeabgabe steigert sich folglich der Kühlungseffekt und verringern sich lokale Temperaturspitzen, welche eine Erweichung des Kunst­ stoffmaterials des Gehäuses 1 bewirken können. Insofern bleibt dem Gehäuse 1 auch im Betrieb die Fähigkeit erhalten, Kräfte ohne plastische Deformationen aufzunehmen. Der Bügel 7 ist thermisch und kräftemäßig weniger belastet. Sein Einbau erfolgt lediglich zur Reduktion der Montagekosten. Die besonders hohe thermische Belastung des Bügels 8 ergibt sich daraus, daß der darauf angeordnete Kontaktfinger 23 metallisch über eine Litze mit dem Bimetallelement verbunden ist und somit direkt die Wär­ me des Bimetallelementes zugeführt bekommt.

Des weiteren wird durch die Verwendung des Bügels 8 der gesamte an dem Bügel 8 angebrachte Kontaktmechanismus vormontierbar. Auch hierdurch können die Montagekosten weiter gesenkt werden.

Claims (7)

1. Installationsgerät mit einem Kunststoffgehäuse, in dem eine Anzahl von Gerätekomponenten untergebracht ist, die beweglich auf im Gehäuse befestigten Achsen lagern, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei der Achsen (11-14) durch einen gehäusefremden Steg (9, 10) miteinander verbunden sind und einen U-förmigen Bügel (7, 8) bilden.

2. Installationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Bügel ein entsprechend gebogener Metallstift ist.

3. Installationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Steg (9, 10) miteinander verbundenen Achsen (11-14) unter Zug- oder Druckspannung gegeneinander stehende Gerätekomponenten lagern, wobei sich die Achsen über den Steg derart gegeneinander abstützen, daß im wesentlichen keine Krafteinleitung in das Gehäuse erfolgt.

4. Installationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Steg (10) miteinander verbundenen Achsen (13, 14) zur Lagerung einer drehbaren Gerätekomponente an der einen Achse (14) sowie zur Anlenkung einer Vorspanneinrichtung vorzugsweise einer Feder (25), an der anderen Achse (13) dienen, mittels der die Gerätekomponente vorgespannt ist.

5. Installationsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (9, 10) in einer schlitzförmigen Nut (3, 4) eingesetzt ist, welche in einer Gehäusehälfte ausgeformt ist.

6. Installationsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutentiefe derart gewählt ist, daß ein Endabschnitt der jeweils durch den Steg (9, 10) miteinander verbundenen Achsen (11-14) in der Nut (3, 4) versenkt sind, so daß Seitenkraftkomponenten, welche auf die Achsen senkrecht zum Steg einwirken, von den Nutenwänden aufgenommen werden.

7. Installationsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Installationsgerät ein Leitungsschutzschalter ist und die Gerätekomponenten Kupplungsteile und Kontakte sind.