-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaltmechanismus für einen
Leistungsschalter oder Schutzschalter, etwa einen isolierstoffgekapselten
Selbstschalter oder einen Fehlerstromschutzschalter, und insbesondere
auf einen Schaltmechanismus, der in Hinblick auf eine Verringerung
des Betriebsraums oder Raumbedarfs ausgelegt ist.
-
6 zeigt
in einem Vertikalschnitt den generellen Aufbau eines herkömmlichen
Schaltmechanismus in einem dreipoligen Schutzschalter, der im geschlossenen
Schaltzustand dargestellt ist. 7 ist eine
Draufsicht auf einen Hauptteil des Schaltmechanismus von 6.
Der in diesen Figuren dargestellte Schaltmechanismus umfaßt ein Rastglied 4, dessen
eines Ende mittels einer Rastglied-Welle 3 drehbar an einem
seitlichen Paar Seitenplatten eines Rahmens 2 gelagert
ist. Der Rahmen 2 ist an einem Gehäuse 1 des Schutzschalters
befestigt. Das andere Ende des Rastglieds 4 steht in dauerndem
Eingriff mit einem (nicht gezeigten) Rastgliedhalter. Ein Kontakthalter 7 aus
isolierendem Material hält
einen beweglichen Kontaktschuh 5 und ist mittels einer
integralen Schaltwelle 6 drehbar an dem Gehäuse 1 gelagert.
Ein gabelförmiger
Handgriffhebel 10 ist schwenkbar an den Seitenplatten des
Rahmens 2 gelagert, und zwar unter Verwendung einer Handgriffhebel-Welle 8 als
Lagerwelle. Der Handgriffhebel 10 trägt an seiner Oberseite einen
Schalthebel 9. Ein Kniehebel 16 umfaßt ein seitliches
Paar eines ersten und eines zweiten Verbindungsglieds 12 und 13,
die an ihrem jeweiligen einen Ende mittels einer Kniegelenkwelle 11 miteinander
verbunden sind, während das
andere Ende des ersten Verbindungsglieds 12 mittels einer
Welle 14 mit dem Rastglied 4 verbunden ist und
das andere Ende des zweiten Verbindungsglieds 13 mittels
einer Welle 15 mit dem Kontakthalter 7 verbunden
ist. Ein seitliches Paar von Schaltfedern 17 ist zwischen
der Kniegelenkwelle 11 und der Oberseite des Handgriffhebels 10 gespannt.
-
In
dem dargestellten geschlossenen Schaltzustand ist der Kniehebel 16 infolge
der von den Schaltfedern 17 auf die Kniegelenkwelle 11 ausgeübten Kraft
gestreckt, so daß eine
Linie 18, welche den Verbindungspunkt (Mittelpunkt oder
Achse der Welle 14) zwischen dem ersten Verbindungsglied 12 und dem
Rastglied 4 mit der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet,
nahezu kolinear mit einer Linie 19 ist, welche den Verbindungspunkt
(Mittelpunkt oder Achse der Welle 15) zwischen dem zweiten
Verbindungsglied 13 und dem Kontakthalter 7 mit
der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet. Der Kontakthalter 7 wird
dabei einem Drehmoment um die Schaltwelle 6 im Gegenuhrzeigersinn
in 6 ausgesetzt, wodurch der bewegliche Kontaktschuh 5 gegen
einen festen Kontaktschuh 20 gedrückt wird.
-
Wenn
der Schalthebel 9, ausgehend von diesem Zustand ergriffen
und der Handgriffhebel 10 in 6 im Uhrzeigersinn
verschwenkt wird, kehrt sich die Wirkung der Schaltfedern 17 auf
den Kniehebel 16 im Totpunkt um, d.h. dann, wenn eine Linie 22 die oben
definierte Linie 18 von links nach rechts passiert, wobei
die Linie 22 den Verbindungspunkt 21 zwischen
den Schaltfedern 17 und dem Handgriffhebel 10 mit
der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet. Der Kniehebel 16 klappt
dann in eine V-Form am Ende des Handgriffhebels 10, wodurch
der Kontakthalter 7 in 6 im Uhrzeigersinn
verdreht wird und den beweglichen Kontaktschuh 5 vom festen
Kontaktschuh 20 abhebt (Öffnungsvorgang). Wenn, ausgehend
von dem so erreichten offenen Schaltzustand der Handgriffhebel 10 im
Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird, kehrt sich die Wirkung der
Schaltfedern 17 im Totpunkt wiederum, wenn die Linie 22 (Schaltfederlinie)
die Linie 18 von rechts nach links passiert. Im Verlauf
dieses Schließvorgangs
wird der bewegliche Kontaktschuh 5 in Kontakt mit dem festen Kontaktschuh 20 gebracht,
wie dies in der Figur dargestellt ist.
-
Wenn
der Schutzschalter von einem Überstrom
durchflossen wird, der eine (nicht gezeigte) Überstromauslösevorrichtung
aktiviert, wird das Rastglied 4 aus dem Eingriff mit dem
Rastgliedhalter gelöst
und dreht sich in 6 im Gegenuhrzeigersinn um die
Rastglied-Welle 3, und zwar aufgrund der von den Schaltfedern 17 über das
erste Verbindungsglied 12 ausgeübten Spannung. Als Folge davon kehrt
sich die Wirkung der Schaltfedern 17 auf den Kniehebel 16 im
Totpunkt um, wo die Linie 18 die Linie 22 von
rechts nach links passiert. Der Kniehebel 16 klappt in
eine V-Form, wodurch in der oben beschriebenen Weise der Kontakthalter 7 im
Uhrzeigersinn verdreht und der bewegliche Kontaktschuh 5 von
dem festen Kontaktschuh 20 gelöst wird (Auslösevorgang).
-
Bei
dem herkömmlichen
Schaltmechanismus liegt der Verbindungspunkt zwischen dem ersten
Verbindungsglied 12 und dem Rastglied 4 auf einer
relativ zur Kniegelenkwelle 11 dem Verbindungspunkt zwischen
dem zweiten Verbindungsglied 13 und dem Kontakthalter 7 nahezu
gegenüberliegenden
Stelle. Wenn der Kniehebel 16 gestreckt wird, nimmt die
Höhe des
Mechanismus zu und, wenn der Kniehebel 16 zusammenklappt,
weitet sich der Bewegungsbereich des ersten und des zweiten Verbindungsglieds 12 und 13,
was eine Verringerung des Installationsraumbedarfs verhindert.
-
Die
US-A-4,165,453 offenbart einen Schaltmechanismus für einen
Schutzschalter mit einem Kniehebel, der aus zwei Verbindungsgliedern
besteht. Die beiden Verbindungsglieder befinden sich auf einer Kniegelenkwelle.
Eine Schaltfeder ist mit ihrem einen Ende an der Oberseite eines
Handgriffhebels und mit ihrem anderen Ende mit der Kniegelenkwelle
verbunden.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Schaltmechanismus zu schaffen, für den ein
geringerer Installationsraumbedarf erforderlich ist, so daß der Leistungsschalter
oder Schutzschalter miniaturisiert werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Schaltmechanismus gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des
Anspruchs 2.
-
Bei
dem beschriebenen Stand der Technik sind die Schaltfedern zwischen
der Kniegelenkwelle, die das erste Verbindungsglied und das zweite
Verbindungsglied des Kniehebels miteinander verbindet, und dem Kopf
bzw. der Oberseite des Handgriffhebels gespannt, und der Kniehebel
wird gestreckt oder zusammengeklappt, um den Kontakthalter im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn zu verdrehen und den beweglichen und
den festen Kontaktschuh voneinander zu lösen oder in Kontakt miteinander
zu bringen. Gemäß der Erfindung
können
dagegen das erste und das zweite Verbindungsglied den Kontakthalter
im Gegenuhrzeigersinn oder Uhrzeigersinn zur Erzielung des offenen
oder geschlossenen Schaltzustands verdrehen, während sie einander im wesentlichen überlappen,
so daß der
Bewegungsbereich des Kniehebels reduziert wird. Damit der Handgriffhebel so
verschwenkt werden kann, daß die
Schaltfeder den Totpunkt bezüglich
des Kniehebels passiert, ist ein Ende der Schaltfeder mit der Kniegelenkwelle
des Kniehebels verbunden, während
ihr anderes Ende statt mit der Oberseite des Handgriffhebels mit
dessen Ende verbunden ist, welches der Oberseite (dem Kopf) bezüglich der
Handgriffhebel-Welle
gegenüberliegt.
-
Vorzugsweise
ist ein Rücksetzstift
an dem Ende des Handgriffhebels angebracht, mit dem die Schaltfeder
verbunden ist, wobei die Schaltfeder an diesem Rücksetzstift verankert ist,
und der Handgriffhebel so betätigt
werden kann, daß er
unter Verwendung des Rücksetzstifts
das Rastglied, welches durch einen Auslösevorgang entrastet wurde,
erneut einrastet.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Seitenansicht eines Schaltmechanismus gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung im geschlossenen Schaltzustand,
-
2 eine
Draufsicht auf den Schaltmechanismus von 1,
-
3 eine
perspektivische Ansicht des Schaltmechanismus von 1,
-
4 eine
Seitenansicht eines Hauptteiles des Schaltmechanismus von 1 im
offenen Schaltzustand,
-
5 eine
Seitenansicht eines Hauptteiles des Schaltmechanismus von 1 in
einem Auslösezustand,
-
6 eine
Seitenansicht eines bekannten Schaltmechanismus im geschlossenen
Schaltzustand, und
-
7 eine
Draufsicht auf einen Hauptteil des Schaltmechanismus von 6.
-
Diejenigen
Teile in den 1 bis 5, die solchen
in den eingangs beschriebenen 6 und 7 entsprechen,
sind mit denselben Bezugszahlen versehen. Gemäß Darstellung in den 1 bis 3 ist
ein V-förmiges
Rastglied 4 mittels einer Rastglied-Welle 3 drehbar
an einem seitlichen Paar Seitenplatten (von denen nur eine in 3 gezeigt ist)
eines an einem Gehäuse 1 fixierten
Rahmens 2 gelagert. Die Spitze des Rastglieds steht im
Eingriff mit einem L-förmigen
Rastgliedempfänger
oder Rastgliedhalter 24, der mittels eines Stifts 23 drehbar
am Rahmen 2 gelagert ist. Eine Spitze 24a des
Rastgliedhalters 24 steht im Eingriff mit einer Klaue 26a (1),
einer Auslösequerstange 26,
die mittels eines Stifts 25 drehbar am Rahmen 2 gelagert
ist.
-
Ein
Kniehebel 16 umfaßt
ein erstes Verbindungsglied 12 und ein zweites Verbindungsglied 13, die
mit einem jeweiligen Ende mittels einer Kniegelenkwelle 11 miteinander
verbunden sind. Das erste Verbindungsglied 12 und das zweite
Verbindungsglied 13 überlappen
einander im wesentlichen, wobei das andere Ende des ersten Verbindungsglieds 12 über eine
Welle 14 mit dem Rastglied 4 verbunden ist, während das
andere Ende des zweiten Verbindungsglieds 13 über eine
Welle 15 mit einem Kontakthalter 7 verbunden ist,
der einen beweglichen Kontaktschuh 5 hält und von dem in 3 nur
die rechte Hälfte
dargestellt ist. Ein Handgriffhebel 10, auf dessen Oberseite
oder Kopf 10a ein Schalthebel 9 angeordnet ist,
ist mittels einer Handgriffhebel-Welle 8 schwenkbar am
Rahmen 2 gelagert. Ein Rücksetzstift 27 ist
an dem bezüglich
der Handgriffhebel-Welle 8 entgegengesetzen Ende des Handgriffhebels 10 angebracht.
Ein Ende einer Schaltfeder 17 in Form einer Schraubenzugfeder
(1) ist an der Kniegelenkwelle 11 verankert,
während
ihr anderes Ende an dem Rücksetzstift 27 verankert
ist. Das Rastglied 4, das erste Verbindungsglied 12,
das zweite Verbindungsglied 13 und der Handgriffhebel 10 sind
jeweils aus einem seitlichen Paar Arme aufgebaut, wie in 3 gezeigt,
wobei in 3 nur die linke Hälfte des
Handgriffhebels 10 erkennbar ist. Wie außerdem beispielhaft
in 2 gezeigt, ist nur für den rechten Pol des dargestellten
dreipoligen Schutzschalters ein Schaltmechanismus vorgesehen. Wenn
der Kontakthalter 7 für
den rechten Pol verdreht wird, werden die beiden Kontakthalter des mittleren
und des linken Pols (nicht gezeigt) mitgedreht, da die Kontakthalter über die
Schaltwelle 6 untereinander gekoppelt sind.
-
Im
geschlossenen Schaltzustand, wie er in 1 gezeigt
ist, ist die Schaltfeder 17 gespannt, der Handgriffhebel 10 wird
in der dargestellten Schließposition
infolge eines um die Handgriffhebel-Welle 8 im Gegenuhrzeigersinn
wirkenden Drehmoments gehalten, und das erste Verbindungsglied 12 des
Kniehebels 16 ist einem Drehmoment im Uhrzeigersinn um
die Welle 14 ausgesetzt. Eine Achse oder Linie 18,
die den Verbindungspunkt (Mittelpunkt oder Achse der Welle 14)
zwischen dem ersten Verbindungsglied 12 und der Welle 14 mit
dem Mittelpunkt bzw. der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet,
liegt in 1 auf der rechten Seite einer Achse oder Linie 19,
welche den Verbindungspunkt (Mittelpunkt oder Achse der Welle 15)
zwischen dem zweiten Verbindungsglied 13 und dem Kontakthalter 7 mit
dem Mittelpunkt bzw. der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet.
Somit liegt auf der rechten Seite der Linie 19 eine kreisförmige Ortskurve
der Kniegelenkwelle 11, die beschrieben wird, wenn sich
das erste Verbindungsglied 12 im Uhrzeigersinn um die Welle 14 dreht,
radial außerhalb
einer kreisförmigen
Ortskurve der Kniegelenkwelle 11, die beschrieben wird,
wenn sich das zweite Verbindungsglied 13 im Uhrzeigersinn
um die Welle 15 dreht. Folglich wird, wenn das erste Verbindungsglied 12 einem
Drehmoment im Uhrzeigersinn um die Welle 14 infolge der
Spannung der Schaltfeder 17 ausgesetzt wird, das zweite
Verbindungsglied 13 über
die Kniegelenkwelle 11 angehoben. Als Folge davon wird
der Kontakthalter 7 von dem zweiten Verbindungsglied 13 einem
Drehmoment im Uhrzeigersinn um die Schaltwelle 6 ausgesetzt
und drückt
den beweglichen Kontaktschuh 5 gegen den festen Kontaktschuh 20.
Der bewegliche Kontaktschuh 5 ist mittels einer (nicht
gezeigten) Kontaktfeder im Uhrzeigersinn vorgespannt und drehbar
am Kontakthalter gelagert. Die Kontaktfeder wird im geschlossenen
Schaltzustand, der in 1 gezeigt ist, leicht verformt,
um einen geeigneten Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Kontaktschuh 5 und
dem festen Kontaktschuh 20 aufrecht zu erhalten.
-
Das
Rastglied 4, das von der Schaltfeder 17 über das
erste Verbindungsglied 12 gespannt wird, wird andererseits
einem Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn um die Rastglied-Welle 3 ausgesetzt, kann
sich jedoch nicht drehen, da seine Spitze im Eingriff mit dem Rastgliedhalter 24 steht.
Der Rastgliedhalter 24, auf dessen Rückseite das Rastglied 4 drückt, unterliegt
einem Drehmoment im Uhrzeigersinn um den Stift 23. Seine
Spitze 24a steht jedoch im Eingriff mit einer Klaue 26a einer
Auslösequerstange 26,
was ihn an einer Drehung hindert.
-
Wenn,
ausgehend von dem in 1 gezeigten geschlossenen Schaltzustand
der Schalthebel 9 nach rechts bewegt wird, um den Handgriffhebel 10 im
Uhrzeigersinn um die Handgriffhebel-Welle 8 zu verschwenken, kehrt
sich die Wirkung der Schaltfeder 17 auf das erste Verbindungsglied 12 im
Totpunkt um, wo die Achse 22 der Schaltfeder 17 die
Achse oder Linie 18 des ersten Verbindungsglieds 12 von rechts
nach links in der Figur passiert. Dadurch verdreht sich das erste
Verbindungsglied 12 im Gegenuhrzeigersinn um die Welle 14.
Wie oben erwähnt,
ist auf der linken Seite der Achse oder Linie 19 des zweiten
Verbindungsglieds 13 eine kreisförmige Ortskurve der Kniegelenkwelle 11,
die beschrieben wird, wenn sich das erste Verbindungsglied 12 um
die Welle 14 im Gegenuhrzeigersinn dreht, radial innerhalb einer
kreisförmigen
Ortskurve der Kniegelenkwelle 11, die beschrieben wird,
wenn sich das zweite Verbindungsglied 13 im Gegenuhrzeigersinn
um die Welle 15 dreht. Wenn das erste Verbindungsglied 12 infolge
der Spannung der Schaltfeder 17 einem Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn
um die Welle 14 ausgesetzt wird, wird folglich das zweite
Verbindungsglied 13 über
die Kniegelenkwelle 11 nach unten gedrückt. Als Folge davon wird der
Kontakthalter 7 von dem zweiten Verbindungsglied 13 einem
Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn um die Schaltwelle 6 ausgesetzt,
wodurch der bewegliche Kontaktschuh 5 von dem festen Kontaktschuh 20 getrennt
wird (Öffnungsvorgang). 4 zeigt
diesen offenen Schaltzustand. Wenn ausgehend davon der Schalthebel 9 wieder
nach links zurück
bewegt wird, werden die Schritte des obigen Öffnungsvorgangs ausgeführt, um
den Schaltmechanismus zu dem in 1 gezeigten
geschlossenen Schaltzustand zurückzubringen (Schließvorgang).
-
Wenn
andererseits ein großer
Strom, z.B. ein Kurzschlußstrom
durch den Schutzschalter fließt, wird
eine (nicht gezeigte) Überstromauslösevorrichtung
aktiviert und dreht die Auslösequerstange 26 im Uhrzeigersinn.
Dieser Vorgang löst
die Klaue 26a von dem Rastgliedhalter 24, so daß sich der
Rastgliedhalter 24 im Uhrzeigersinn drehen kann und sich
dadurch von dem Rastglied 4 löst, welches sich nun aufgrund
der über
das erste Verbindungsglied 12 einwirkenden Spannung der
Schaltfeder 17 im Gegenuhrzeigersinn verdreht. In Reaktion
darauf wird der Kontakthalter 7 über das zweite Verbindungsglied 13 im
Gegenuhrzeigersinn gedreht und trennt den beweglichen Kontaktschuh 5 von
dem festen Kontaktschuh 20, wie in 5 gezeigt
(Auslösevorgang). Das
Absenken des Kniehebels 16 führt zu einer Drehung des Handgriffhebels 10 im
Uhrzeigersinn um die Handgriffhebel-Welle 8, wodurch der
Schalthebel 9 in eine Position zwischen der dem geschlossenen Schaltzustand
entsprechenden Position und der dem offenen Schaltzustand entsprechenden
Position zur Anzeige der Auslösung
bewegt wird.
-
Um,
ausgehend von dem Zustand gemäß 5 den
Schaltmechanismus nach dem Auslösevorgang
zurückzusetzen,
wird der Schalthebel 9 von der Auslöseposition nach rechts zu der
dem offenen Schaltzustand entsprechenden Position bewegt. Das Rastglied 4 wird
dann durch den Rücksetzstift 27 an der
Spitze des Handgriffhebels 10 angehoben und im Uhrzeigersinn
gedreht. Die Spitze des Rastglieds 4 gelangt wieder in
Eingriff mit dem Rastgliedhalter 24, so daß der offene
Schaltzustand gemäß 4 angenommen
wird. Wenn der Schalthebel 9 dann nach links zur Position
des geschlossenen Schaltzustands bewegt wird, wird die Schaltfeder 17 gespannt
und der bewegliche Kontaktschuh 5 wieder in die in 1 gezeigte
Stellung des geschlossenen Schaltzustands gebracht. Obwohl nicht
dargestellt, sind für den
Rastgliedhalter 24 und die Auslösequerstange 26 jeweilige
Rückholfedern
vorgesehen, durch die diese Elemente ständig im Gegenuhrzeigersinn
vorgespannt werden, und die beim Rücksetzbetrieb zusammenwirken.
-
Gemäß dem oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel überlappen
sich bei den Schaltvorgängen
und dem Auslösevorgang
das erste und das zweite Verbindungsglied 12 und 13 des
Kniehebels 16 im wesentlichen, weshalb die Höhe und die
Tiefe (Abmessungen in vertikaler und horizontaler Richtung in 1),
die für
die Drehung des Kniehebels 16 nötig sind, gering sind. Diese
Ausgestaltung verringert den Raumbedarf in Längsrichtung, der für den Schaltmechanismus
erforderlich ist, gegenüber
der herkömmlichen
Ausbildung, bei der der Kniehebel durch den Schaltvorgang gestreckt
oder eingeklappt wird.
-
Durch
Verringerung des Bewegungsbereichs des Kniehebels ermöglicht die
Erfindung eine Verringerung des Installationsraums für den Schaltmechanismus
und damit der Größe des Leistungs-
oder Schutzschalters.