DE4311958A1 - Elektromagnetischer Schaltmechanismus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schaltmechanismus, insbesondere für mobile elektrische Schutzschaltgeräte mit manueller elektromagnetischer und freier Auslösung der Kontaktöffnung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein elektromagnetischer Schaltmechanismus für mobile elektrische Schutzschaltgeräte mit Differenzstrom- und Unterspannungsauslösung ist in der DE 39 37 546 A1 beschrieben. Dieser Mechanismus weist einen an einer Abwicklung eines Magnetjochs einer Auslösespule in einer Langlochführung ortsveränderlich und schwenkbar gehalterten und durch eine Schaltfeder beaufschlagten Kontaktträger für die beweglichen Kontakte und einen am Magnetjoch angeordneten und zug­ federbeaufschlagten Klappanker, die simultan durch eine Bedie­ nungshandhabe betätigbar und gegen die Wirkung der jeweiligen Feder miteinander verklinkbar sind, sowie Festkontakte auf. Die Auslösespule ist mit einer auf einer gedruckten Leiterplatte angeordneten Elektronik mit einem Summenstromwandler zur Differenzstrom- und Unterspannungsüberwachung und einer Prüfeinrichtung verbunden. Der Klappanker liegt im verklinkten Zustand am Magnetjoch an, und der Kontaktträger ist im verklinkten Zustand nun derart gehaltert, daß er mit seinen Kontakten bei Entlastung von der Bedienungshandhabe unter dem Druck der Schaltfeder um die Verklinkungsstelle bis zum Kontaktschluß mit den Festkontakten geschwenkt wird, wobei die Schaltfeder zugleich den Kontaktdruck bewirkt. In diesem Zustand ist das Schutzschaltgerät eingeschaltet. Im Fehlerfall wird durch einen auftretenden Differenzstrom oder eine Unterspannung in bekannter Weise über die elektronische Schaltungsanordnung des Schutzschaltgerätes die Spannungsversorgung der Auslösespule unterbrochen, wodurch das auf den Anker wirkende Magnetfeld zusammenbricht und dieser durch die Wirkung der Rückstellfeder vom Magnetjoch und aus der Verklinkung gerissen wird. Dadurch und durch den Druck der Schaltfeder schwenkt der Kontaktträger innerhalb der Langlochführung in seine Ausgangsstellung zurück, und das Schutzschaltgerät ist ausgeschaltet.

Ein weiterer Schaltmechanismus für Schutzschaltgeräte ist aus der DE 41 22 268 A1 bekannt. Diese weist als ein zentrales Ele­ ment einen in einer Langlochführung gegen die Kraft einer Zugfeder dreh- und verstellbar angeordneten mehrarmigen Schalthebel mit einem an diesem drehbeweglich gelagerten mehrarmigen Klinkenhebel auf. Dieser ist an einem seiner Arme unter Bildung eines Kniegelenks mit einem an einer Bedienungshandhabe angeordneten Stützhebel verbunden, an einem zweiten Arm durch ein Auslöseorgan beaufschlagt und mit einem weiteren, dritten Arm an einem Gehäusevorsprung zum Anschlag bringbar. Der Schalthebel ist mit einem Arm auf einen druck­ federbeaufschlagten Schwenkkontakt wirkend angeordnet. In der Einschaltstellung des Schaltmechanismus und damit des Schwenkkontaktes, die durch eine Betätigung der Bedienungshand­ habe herstellbar ist, sind der Schalthebel und der Klinkenhebel mit dem freien Ende des Stützhebels kniegelenkartig und zugfederbelastet verrastet, wobei der Drehpunkt des Schalthebels nunmehr auf die Anlage am Auslöseorgan verlagert und der Schwenkkontakt, vom Schalthebel entlastet, an einem Festkontaktstück anliegt. Bei einem durch einen Kurzschluß oder eine Überlastung verursachten Fehlerfall wird durch das Auslöseorgan eine Drehung des Schalthebels entgegen dem Uhrzeigersinn veranlaßt, wobei zugleich die Verrastung mit dem Stützhebel gelöst und infolge der weiteren Drehbewegung die federbeaufschlagte Schwenkkontaktanordnung geöffnet wird.

Diese bekannten Schaltmechanismen sind relativ aufwendig in ih­ rem konstruktiven Aufbau und erfordern auch einen relativ hohen Montageaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagneti­ schen Schaltmechanismus für elektrische Schutzschaltgeräte mit manueller, elektromagnetischer und freier Auslösung der Kontaktöffnung zu schaffen, der als Baugruppe kompakt gestaltbar und für Schutzschaltgeräte kleinerer Abmessungen geeignet und dessen Montageaufwand relativ gering ist.

Die Aufgabe wird bei einem elektromagnetischem Schaltmechanismus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß der an einem Halterungsteil um die Welle einer als Drehgriff ausge­ bildeten Bedienungshandhabe angeordnete Schaltmechanismus kom­ pakt und zuverlässig und zu einer Baugruppe vormontierbar ist. Dazu tragen insbesondere die Anlenkung eines Spanngliedes am Drehgriff bzw. an dessen Welle und dessen direktes Zusammenwir­ ken mit dem Kontaktträger für die beweglichen Kontakte über ein Betätigungselement und mit einem Anker über ein an diesem ange­ ordnetes zweites Betätigungselement bei, wobei ersteres Betäti­ gungselement entgegen der Richtung der Festkontakte federbeauf­ schlagt ist und der Anker in Wirkverbindung mit einem Elektro­ magneten steht. Die genannten Funktionselemente sind dabei an der Vorder- oder Oberseite des Halterungsteils und die Festkon­ takte und der Kontaktträger mit den bewegbaren Kontakten auf der Rück- oder Unterseite anordbar. Das Spannglied ist so gestaltet, daß es bei am Elektromagneten anliegendem Anker bei einer Drehung des Drehgriffs und damit einer Veränderung der Winkelstellung der Anlenkachse um das Anker-Betätigungselement unter Bewegung des Betätigungselementes des Kontaktträgers verdrehbar ist und zwar in einem Bereich, der durch die Schaltstellungen "Ein" und "Aus" des Kontaktträgers und die da­ durch gegebenen Positionen dieses Betätigungsgliedes gegeben ist. In der "Ein"-Schaltstellung ist das Spannglied bei geschlossenen Kontakten unter dem Druck der Schaltfeder und bei der in dieser Schaltstellung gegebenen Winkelstellung der Anlenkachse am Betätigungselement fixiert und aus dieser Stellung heraus bei vom Elektromagneten abreißenden Anker unter dem Druck der Schaltfeder um die Anlenkachse drehbar. Das ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Differenzstrom- und Unterspannungsauslösung. Der Schaltmechanismus ist insbesondere für mobile Schutzschaltgeräte geeignet, da er die Forderung nach geringen Abmessungen bei diesen Geräten in hervorragender Weise erfüllt.

Die Merkmale gemäß Anspruch 2, insbesondere die Ausbildung des Kontaktträgers als zur Welle des Drehgriffs tangential ver­ schiebbares Element und die im wesentlichen rechtwinklige Anordnung des Ankers zur Bewegungsbahn des Kontaktträgers und seines Betätigungselementes fördert das Bemühen nach einer kompakten und zentrierten Anordnung der Bestandteile des Schaltmechanismus, insbesondere des die Kräfte übertragenden Spanngliedes. Dieses gestattet durch seine besondere Ausbildung, die am Betätigungselement des Kontaktträgers wirkende Kraft der Schaltfeder in Abhängigkeit von seiner Stellung zur Welle des Drehgriffs in unterschiedlicher Richtung und Stärke auf den Anker zu übertragen, derart, daß in der Schaltstellung "Ein" eine gegen die am Anker wirkende Kraft des Elektromagneten gerichtete Kraft an diesem wirkt und bei Ver­ ringerung der elektromagnetischen Kraft überwiegt, so daß die Auslösung, d. h. die Schalteröffnung, bewirkt wird.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß anstelle eines Kontaktschiebers bei Anpassung der mit diesem zusammenwirkenden Elemente auch ein als Rotationselement ausgebildeter Kontaktträger angeordnet sein kann.

Die Maßnahme nach Anspruch 4 dient in einfacher Weise einer Er­ leichterung der Relativbewegung zwischen den Betätigungselemen­ ten und dem Spannglied und einer definierten Kraftübertragung.

Die Gestaltung des Ankers gemäß Anspruch 7 dient ebenso wie die Maßnahme nach Anspruch 8 der Erhöhung der Empfindlichkeit des Schaltmechanismus gegenüber auftretenden Fehlerströmen und Un­ terspannungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf einen in einem Gehäuse montierten erfindungsgemäßen Schaltmechanismus,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Schaltmechanismus, von der rechten Seite aus betrachtet,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kontaktanordnung unterhalb des Halterungsteils,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Schaltmechanismus in der Schaltstellung "Aus",

Fig. 5 den Schaltmechanismus in der Schaltstellung "Ein" und

Fig. 6 den Schaltmechanismus in der Schaltstellung "Freiauslösung".

Die in Fig. 1 in Draufsicht dargestellte elektromagnetische Schaltmechanismus weist ein Halterungsteil 1 auf, an dem zentral die Welle 2 eines Drehgriffs 2a mit einer Kurbel 3 gelagert ist. An dieser Kurbel 3 ist der eine Schenkel eines die Welle 2 annähernd U-förmig umgebenden zweischenkligen Spanngliedes 4 angelenkt. Das Spannglied 4 weist am Ende seines anderen Schenkels eine langlochartige Aussparung 5 und zwischen dieser und dem Ansatz dieses Schenkels eine dreiseitige Aussparung 6 auf, wobei deren einander zugewandte Flanken 7 und 8 einen angenähert rechten Winkel einschließen. In der Aussparung 5 ist ein zylinderförmiges Betätigungselement 10 relativ zu dieser bewegbar angeordnet. Dieses Betätigungselement 10 ist an dem einen Arm eines als zwei­ armiger Hebel ausgebildeten Ankers 9 angeordnet, der am Halterungsteil 1 an seiner Schwenkachse mittels eines zylinder­ förmigen Ansatzes 11 schwenkbar gelagert ist. Der Endbereich des anderen Armes befindet sich im Wirkungsbereich eines ebenfalls am Halterungsteil 1 angeordneten Elektromagneten 12, wobei der aus Kunststoff bestehende Anker 9 in diesem Bereich ein mit Freiheitsgraden beaufschlagtes Eisenplättchen 12a mit einer Anlagefläche 12b für den Elektromagneten 12 aufweist. Der Anker 9 ist so gestaltet, daß dessen Schwenkachse B außerhalb der durch das Eisenplättchen 12a und das Betätigungselement 10 verlaufenden Geraden und auf der der Welle 2 zugewandten An­ kerseite zwischen dem Betätigungselement 10 und der Welle 2 in einem Abstand von dieser Geraden angeordnet ist, der einem Fünftel des Abstandes zwischen dem Betätigungselement 10 und dem Eisenplättchen 12a entspricht. In die dreiseitige Aussparung 6 des Spanngliedes 4 durch eine Öffnung 15 im Halte­ rungsteil 1 das Betätigungselement 13 eines an der Unterseite des Halterungsteiles 1 angeordneten Kontaktschiebers 14, das - ebenso wie der Kontaktschieber 14 - tangential zur Welle 2 im Abstand zu dieser bewegbar ist, wobei die Bewegungsbahn dieses Betätigungsgliedes 13 im wesentlichen parallel zur Verbin­ dungslinie zwischen der Schwenkachse B und der Welle 2 und senkrecht zur Ankeranordnung verläuft. Bei dieser Anordnung befindet sich das Betätigungselement 10 sowohl im Bereich zwischen der Bewegungsbahn des Betätigungselementes 13 und der Schwenkachse B als auch im Bereich zwischen dieser und dem Elektromagneten 12.

An der Unterseite des Halterungsteils 1 sind jeweils zwischen angeformten Halterungselementen 16 und 17, durch Druckfedern 18 fixiert, Festkontakte 19 lösbar gehaltert (Fig. 2). Im Abstand der Festkontakte 19 sind am Kontaktschieber 14 zwischen entsprechenden Aufnahmeelementen 20 und 20a die bewegbaren Schaltkontakte 21 befestigt. Der Kontaktschieber 14 hat ein U- Profil, dessen Öffnung zum Halterungsteil 1 weist, und ist an diesem mittels dort angeordneter zweier Paare von mit Rastnasen versehenen Rastelementen 22 verschiebbar gehaltert. Der Bewegungsbereich des Kontaktschiebers 14 ist durch die Schaltstellungen "Ein" und "Aus" der bewegbaren Schaltkontakte 21 vorbestimmt, also durch die Stellung, in der die Schaltkontakte 21 die Festkontakte 19 kontaktieren, und durch eine Stellung, in der die Schaltkontakte 21 einen vorbe­ stimmbaren Abstand von den Festkontakten 19 haben, in dem ein elektrischer Kontakt nicht mehr gegeben ist. Der Kontaktschieber 14 hat ein seitlich an diesem angeordnetes Arretierungsteil 23 für eine Druckfeder (Schaltfeder) 24, die andernends an einem am Halterungsteil 1 angeformten Element 25 abgestützt ist und die diesen gegen die Schließrichtung der Schaltkontakte 21 beaufschlagt. Am Arretierungsteil 22 ist auch das Betätigungselement 13, etwa in der Mitte des Kontakt­ schiebers 14, angeordnet, das durch die Öffnung 15 zur Ober­ seite des Halterungsteils 1 hindurchragt und dort mit der drei­ seitigen Aussparung 6 des Spanngliedes 4 im Eingriff steht. Auf der dem Betätigungselement 13 gegenüberliegenden Seite des Kon­ taktschiebers 14 sind die Kontakte 19 und 21 mit flexiblen elektrischen Leitungen 26 verbunden, die zu den elektrischen Anschlüssen (Stecker, Buchsen) des Schutzschaltgerätes führen. Die Auslösespule 27 des Elektromagneten 12 und ein Sum­ menstromwandler 30 sind mit einer auf einer Platine angeordneten elektronischen Schaltungsanordnung 29 verbunden. Die elektronische Schaltungsanordnung und somit die Auslösespule 27 des Elektromagneten 12 wird über einen an einem bewegbaren Kontakt 21 angeordneten Hilfskontakt 28, der mit einem Gegenkontakt 28a kontaktierbar ist, mit der notwendigen Speisespannung versorgt, wobei die Schließstellung dieser Kontakte vor Erreichen der "Ein"-Schaltstellung des Kontaktschiebers (14) gegeben ist. Die elektronische Schaltungsanordnung 29 ist nun in der Lage, Fehlerströme und Unterspannungen in bekannter Weise zu verarbeiten und das Magnetfeld am Elektromagneten 12 zu verändern.

Der Schaltmechanismus wird in die Schaltstellung "Aus" gebracht, indem der Drehgriff 2a gegen den Uhrzeigersinn bis zu einem diesem Schaltzustand entsprechenden Anschlag verdreht wird. Dabei wird auch die Anlenkachse A des Spanngliedes 4 gegen den Uhrzeigersinn um die Welle 2 verdreht, wodurch in­ folge der damit verbundenen Lageveränderung der Aussparung 5, die eine Bewegung des Betätigungselementes 10 hervorruft, der Anker 9 zur Anlage am Elektromagneten 12 gebracht wird. Die am Betätigungselement 10 in dieser Schaltstellung auf den Anker 9 wirkende Kraft ist so gerichtet, daß sie diesen an den Elektromagneten 12 drückt. Der Schaltmechanismus kann aus dieser Stellung in die Schaltstellung "Ein" gebracht werden, indem der Drehgriff 2a um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht wird. Dabei wird das Spannglied 4 um das fixierte Betätigungselement 10 derart verdreht, daß das Betäti­ gungselement 13 gegen die Kraft der Schaltfeder 24 in die Schaltstellung "Ein" verschoben wird, in der die am Kontakt­ schieber 14 angeordneten bewegbaren Schaltkontakte 21 die Fest­ kontakte 19 kontaktieren und der Schalter somit geschlossen ist. Bevor die Schließstellung ("Ein"-Schaltstellung) erreicht ist, wird die elektronische Schaltungsanordnung 29 über den am Kontaktschieber 14 angeordneten Hilfskontakt 28 angeschlossen und am Elektromagneten 12 ein Magnetfeld aufgebaut. Bei diesem Einschaltvorgang haben sich Richtung und Größe der am Betä­ tigungselement 10 wirkenden und über das Spannglied 4 übertragenen Kraft der Schaltfeder 24 geändert. Eine Kraftkomponente wirkt nun der Haltekraft des Elektromagneten, die am anderen Ende des Ankers 9 wirkt, entgegen, ohne diese jedoch - auch infolge der gegebenen geometrischen Verhältnisse - überwinden zu können. Das System ist in dieser Stellung selbsthemmend fixiert. Verringert sich die Haltekraft des Elektromagneten 12, wird der Anker durch die Schaltfeder 24 bei Öffnung der Kontakte 19/21 über das Betätigungselement 13 und die durch diese Feder beaufschlagten Elemente Spannglied 4 und Betätigungselement 10 über dieses vom Elektromagneten 12 weggedrückt, wobei das Spannglied 4 um seine Anlenkachse A ge­ dreht wird.

Claims (9)

1. Elektromagnetischer Schaltmechanismus für elektrische Schutzschaltgeräte mit einem durch eine Schaltfeder beaufschlagten Kontaktträger für die Schaltkontakte, einem an einem Elektromagneten angeordneten Anker, einer Bedie­ nungshandhabe und Festkontakten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmechanismus an einem Halterungsteil (1) angeordnet ist und ein Spannglied (4) aufweist, das im Abstand von einer Welle (2) der als Drehgriff ausgebildeten Bedienungshandhabe (2a) an dieser angelenkt ist und im Abstand von der Anlenkachse (A) mit einem Betätigungselement (13) für den Kontaktträger (14) und mit einem Betätigungselement (10) für den Anker (9), der als ein um eine Achse (D) schwenkbarer Hebel ausgebildet ist, im Eingriff steht, derart, daß die Relativlagen der Be­ tätigungselemente (10; 13) zum Spannglied (4) und untereinander veränderbar sind, daß das Spannglied (4) in einem durch die "Ein"- und "Aus"-Schaltstellung des Kontaktträgers (14) und damit dessen Betätigungselement (13) begrenzten Bewegungsbereich um das Betätigungselement (10) des am Elektromagneten (12) anliegenden Ankers (9) verdrehbar angeord­ net ist, daß das Spannglied (4) in der "Ein"-Schaltstellung un­ ter dem Druck der Schaltfeder (24) und bei der in dieser Schaltstellung gegebenen Winkelstellung der Anlenkachse (A) an dem Betätigungselement (10) des Ankers (9) fixiert ist und aus dieser Stellung heraus unter Lösung des Ankers (9) vom Elektromagneten (12) bei sich in die "Aus"-Schaltstellung bewegendem Betätigungselement (13) um die Anlenkachse (A) drehbar und um das in "Aus"-Schaltstellung befindliche Betätigungselement (13) bei einer Schwenkung der Anlenkachse (A) um die Welle (2) unter Anlegen des Ankers (9) an den Elektromagneten (12) verdrehbar ist.

2. Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (14) ein Schiebeelement ist, dessen Betätigungselement (13) im Abstand von der Welle (2) tangential zu dieser bewegbar ist, daß die Schwenkachse (B) des Ankers (9) und die Drehachse der Welle (2) auf einer im wesentlichen Pa­ rallelen zur Bewegungsbahn des Betätigungselementes (13) angeordnet sind, daß der Elektromagnet (12) auf der dieser Bewegungsbahn abgewandten Seite der Schwenkachse (B) angeordnet ist, derart, daß der am Elektromagneten (12) anliegende Anker (9) im wesentlichen rechtwinklig zur Bewegungsbahn und sein Betätigungselement (10) sowohl im Bereich zwischen der Bewegungsbahn und der Schwenkachse (B) als auch im Bereich zwischen dieser und dem Elektromagneten (12) angeordnet sind, daß das Spannglied (4) die Drehachse der Welle (2) U-förmig umgebend ausgebildet ist, wobei an dem einen Schenkel eine langlochartige Aussparung (5) für das Betätigungselement (10) des Ankers (9) und eine ebensolche oder dreiseitige Aussparung (6) für das Betätigungselement (13) angeordnet sind, wobei deren zugewandte Flanken (7; 8) einen angenähert rechten Winkel bilden, und der andere Schenkel über eine fest an der Welle (2) angeordnete Kurbel (3) an dieser angelenkt ist, und die Anlenkachse (A) in der "Aus"-Schaltstellung auf der dem Betätigungselement (10) abgewandten Seite der Schwenkachse (B) positioniert ist.

3. Schaltmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkontakte (19) und der Kontaktschieber (14) an der Unterseite des Halterungsteils (1) angeordnet sind, und das Be­ tätigungselement (13) durch eine eine Schaltbewegung ermögli­ chende Öffnung (15) zur Oberseite geführt ist.

4. Schaltmechanismus nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Betätigungselemente (10; 13) als zylinderförmige Ansätze ausgebildet sind.

5. Schaltmechanismus nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkontakte (19) jeweils mittels einer Druckfeder (18) an Halterungselementen (16; 17) lösbar gehaltert sind.

6. Schaltmechanismus nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebeelement (14) Schaltkontakte (21) im Abstand der Festkontakte (19) aufweist und am Halterungsteil (1) mittels dort angeordneter zweier Paare von mit Rastnasen versehener Rastelemente (22) verschiebbar gehaltert und durch eine am Halterungsteil (1) abgestützte Druckfeder (24) (Schaltfeder) gegen die Schließrichtung der Schaltkontakte (21) beaufschlagt ist, und daß sein Betätigungselement (13) etwa mittig auf der den elektrischen Anschlüssen (26) der Kontakte (19; 21) abgewandten Seite im Bereich der Angriffsfläche der Druckfeder (24) angeformt ist.

7. Schaltmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anker (9) an seinem dem Betätigungselement (10) abgewandten Ende eine Anlagefläche (12b) für den Elektro­ magneten (12) aufweist und eine durch eine beliebige Stelle an dieser und das Betätigungselement (10) geführte Gerade neben der Schwenkachse (B) im Bereich zwischen dieser und dem Elektromagneten (12) verläuft.

8. Schaltmechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Schwenkachse (B) von der Anlagefläche (12b) um ein Mehrfaches größer als deren Abstand vom Betätigungsele­ ment (10) ist.

9. Schaltmechanismus nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kontaktträger (14) einen Hilfskontakt (28) zur Speisung der den Elektromagneten anregenden elektronischen Schaltung (29) aufweist, dessen Schließstellung mit einem Gegenkontakt (28a) vor Erreichen der "Ein"-Schalt­ stellung des Kontaktschiebers (14) gegeben ist.