SCHALTMECHANISMUS FÜR EINEN LEISTUNGSSCHALTER
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltmechanismus für einen
Kleinleistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse, das einen
feststehenden Kontakt und einen beweglichen Kontakt einschließt, wobei der
genannte bewegliche Kontakt von einem, durch den Mechanismus
betätigten Kontaktarm getragen wird und der Mechanismus folgende
Teile umfaßt:
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- einen mit einer Übertragungsstange zur Bildung eines ersten
Kniegelenks gekoppelten Kipphebel,
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- eine Trägerscheibe für den Kontaktarm, die begrenzt drehbar auf
einem Gelenkzapfen gelagert ist und zwischen einer Einschaltstellung
und einer Ausschaltstellung der Kontakte verschwenkt werden kann,
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- eine lösbare Hebelverbindung, die aus einem zweiten Kniegelenk mit
einer schwenkbar auf einer Achse der Trägerscheibe gelagerten und
gelenkig mit der Übertragungsstange verbundene Sperrklinke besteht,
und
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- einen Auslösehebel, der mit der Rückhaltenase der Sperrklinke
zusammenwirkt, um die Verriegelung bzw. Entriegelung der genannten
Hebelverbindung zu gewährleisten.
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Ein solcher Mechanismus ist in der französischen Patentanmeldung
Nr. 2605454 beschrieben. Dieser Mechanismus ist jedoch nicht in der
Lage, das Verschweißen der Kontakte anzuzeigen, welches bei
wiederholtem Abschalten von sehr hohen Kurzschlußströmen auftreten
kann. Nach zwangsweiser Betätigung des Kipphebels kann dann der
Leistungsschalter bei verschweißten Kontakten in der
Ausschaltstellung verriegelt werden.
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Die Funkfion der Trennung und eindeutigen Schaltstellungsanzeige
kommt heute bei den meisten mehrpoligen Leistungsschaltern mit
Isolierstoffgehäuse und einer Nenngröße von mehr als 100 A zum
Einsatz. Der Mechanismus wirkt dabei allpolig und ist mit einer
Schaltwelle verbunden, die quer im Gehäuse angeordnet ist, um die
beweglichen Kontakte der Poleinheit zu verschieben. Bei einem
Verschweißen
der Kontakte ist die vollständige Überführung des Kipphebels in
die Ausschaltstellung nicht möglich, da eine Sperrvorrichtung die
Fortsetzung der Bewegung über eine Zwischenstellung hinaus
verhindert. Diese Zwischenstellung ist allerdings instabil, und bei
Freigabe des Kipphebels kehrt dieser automatisch in die Einschaltstellung
zurück. Daher wird das Verschweißen der Kontakte nicht angezeigt.
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In der Druckschrift DE-A 3516 217 ist ein Schaltmechanismus für
einen Kleinleistungsschalter beschrieben, bei dem eine Stützfläche
des Kontaktarms das Ende der Übertragungsstange bei verschweißten
Kontakten blockiert. Der Kipphebel nimmt zwar eine
Zwischenstellung ein, die den geschlossenen und verschweißten Zustand der
Kontakte anzeigt, es besteht jedoch die Gefahr, daß eine zwangsweise
Überführung des Kipphebels in die Ausschaltstellung ein Abreißen der
Kontakte bewirkt.
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Dies gilt auch für die in der französischen Patentanmeldung Nr.
2.631.485 des gleichen Anmelders beschriebene Lösung, bei der eine
direkte Abstützung zwischen Kipphebel und Kontaktträger erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausführung des
Schaltmechanismus' eines Leistungsschalters zu verbessern.
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Der erfindungsgemäße Mechanismus ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Sperrklinke einen Vorsprung aufweist, der bei geschlossenen und
verschweißten Kontakten gegen einen festen, mit dem Gehäuse
verbundenen Anschlag geführt wird, um den Kipphebel in einer
bestimmten Zwischenstellung S zwischen den beiden Endstellungen F
(Einschaltstellung) und O (Ausschaltstellung) zu blockieren, wobei die
Überschreitung des Totpunkts des ersten Kniegelenks die Stabilität
der genannten Zwischenstellung S zur Anzeige der Verschweißung
der Kontakte bewirkt.
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Es ist erkennbar, daß die Blockierung der Sperrklinke durch den
Anschlag des Gehäuses jedes Abreißen der Kontakte bei zwangsweiser
Betätigung des Kipphebels verhindert. Jegliche Krafteinwirkung auf
den Kipphebel wird nämlich vom Gehäuse aufgenommen.
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Der Vorsprung ist in bezug auf die Übertragungsstange gegenüber der
Rückhaltenase ausgebildet. Der Drehpunkt des zweiten Kniegelenks
liegt zwischen der Rückhaltenase und der Achse der Sperrklinke.
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Das Gehäuse weist in der Nähe des genannten Anschlags eine
Aussparung auf. In der Ausschaltstellung O des Kipphebels liegen sich
Vorsprung und Aussparung gegenüber, wobei ein bestimmtes Spiel
zwischen beiden eingehalten wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter
Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
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- Fig. 1 eine schematische Ansicht eines mit einer Vorrichtung zur
Anzeige der Kontaktverschweißung sowie zur eindeutigen Anzeige
der Ausschaltstellung ausgerüsteten erfindungsgemäßen
Schaltmechanismus' eines Kleinleistungsschalters, der in der Einschaltstellung
dargestellt ist;
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- Fig. 2 eine zu Fig. 1 analoge Ansicht mit dem Leistungsschalter in
Ausschaltstellung;
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- Fig. 3 eine zu Fig. 1 analoge Ansicht, wobei der Mechanismus mit
verschweißten Kontakten und in der Zwischenstellung blockiertem
Kipphebel dargestellt ist.
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Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Schaltmechanismus 10 eines
Kleinleistungsschalters mit Isolierstoffgehäuse 12 entsprechend der in der
französischen Patentanmeldung 2616 583 beschrieben Bauart. Der
Mechanismus 10 wirkt auf einen beweglichen Kontaktarm 14, dessen
freies Ende ein Kontaktstück 16 trägt, das mit einem feststehenden
Kontakt 18 zusammenwirkt. In der Frontseite 22 des Gehäuses 14 ist
eine Aussparung 20 zur Durchführung eines Kipphebels 24
eingearbeitet, der begrenzt drehbar auf einer Achse 26 gelagert ist und
zwischen einer Einschaltstellung F (Fig. 1) mit geschlossenen Kontakten
16, 18 und einer Ausschaltstellung O (Fig. 2) mit getrennten
Kontakten 16, 18 verschwenkt werden kann. Der Kipphebel 24 weist einen
innenliegenden Grundkörper 27 auf, der mit einer, insbesondere aus
Stahl bestehenden Übertragungsstange 28 gekoppelt ist, um ein erstes
Kniegelenk 30 zu bilden, dessen Drehpunkt 32 auf dem Grundkörper
27 in bezug auf die feststehende Achse 26 des Kipphebels 24
exzentrisch angeordnet ist. Dieses erste Kniegelenk 30 ist so ausgeführt,
daß es dem Kipphebel 24 die beiden stabilen Stellungen (siehe Fig. 1
und 2) verleiht.
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Eine in den Grundkörper 27 integrierte Rückholfeder 31 beaufschlagt
nach Überschreiten des Totpunkts des ersten Kniegelenks den
Kipphebel 24 in Richtung der Ausschaltstellung O. Der feststehende
Kontakt 18 ist fest mit dem Gehäuse des elektromagnetischen Auslösers
verbunden, von dem lediglich der Auslösebolzen 34 in den
Zeichnungen dargestellt ist. Der Kontaktarm 14 ist auf einem Isolierstoff-
Stützhebel 36 befestigt, der auf einem Gelenkzapfen 38 einer
Drehscheibe 40 gelagert ist. Eine als Torsionsfeder ausgeführte
Kontaktdruckfeder 41 ist zwischen der Drehscheibe 40 und dem Stützhebel 36
auf dem Gelenkzapfen 38 montiert.
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Ein über den Auslösestift 34 des elektromagnetischen Auslösers sowie
über das Bimetall 44 des thermischen Auslösers betätigter
Auslösehebel 42 ist schwenkbar auf einer Achse 46 gelagert, die in bezug auf
den Gelenkzapfen 38 um ein bestimmtes Maß versetzt auf der
Drehscheibe 40 angeordnet ist.
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Eine lösbare Hebelverbindung 48 umfaßt ein zwischen dem Kipphebel
24 und der den Kontaktarm 14 antreibenden Drehscheibe 40
angeordnetes zweites Kniegelenk. In verriegelter Stellung erlaubt die
Hebelverbindung 48 eine händische Betätigung des Mechanismus' 10 über
den Kipphebel 24. Die durch den thermischen bzw.
elektromagnetischen Auslöser bewirkte Verschiebung des Auslösehebels 42 in die
Ausgelöst-Stellung hat die sofortige Unterbrechung der
Hebelverbindung 48 zur Folge, was unabhängig vom Zustand des Kipphebels 24
zu einer automatischen Auslösung des Mechanismus' 10 führt. Der
Auslösehebel 42 ist einer Rückholfeder (nicht dargestellt) zugeordnet,
die dazu dient, die Hebelverbindung 48 automatisch
wiederherzustellen, wenn der Kipphebel 24 aufgrund einer Fehlerauslösung des
Mechanismus' 10 in die Ausschaltstellung überführt wird.
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Das zweite Kniegelenk der lösbaren Hebelverbindung 48 umfaßt die
Übertragungsstange 28, die mit einer schwenkbar auf einer Achse 52
der Drehscheibe 40 gelagerten Sperrklinke 50 zusammenwirkt. Auf
der der Achse 52 gegenüberliegenden Seite wirkt die Rückhaltenase
53 der Sperrklinke 50 in der verriegelten Stellung der
Hebelverbindung 48 mit einer Raststufe des oberen Arms 54 des Auslösehebels 42
zusammen. Die Übertragungsstange 28 ist über einem zwischen der
Achse 52 und der Rückhaltenase 53 angeordneten Drehpunkt 56 mit
der Sperrklinke 50 gekoppelt. Dadurch entsteht in der kinematischen
Kette des Mechanismus' 10 eine Untersetzungsstufe, die eine
Verminderung der vom thermomagnetischen Auslöser aufzubringenden
Kraft ermöglicht.
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Der Mechanismus 10 weist eine Kraftspeicherfeder 61 auf, die
zwischen der Drehscheibe 40 und dem Gehäuse 12 angeordnet ist.
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Das Bimetall 44 des thermischen Auslösers wirkt mit dem
Auslösehebel 42 über ein Zug-Drehgelenk 60 mit einer Wirkrichtung zusammen.
Das Zug-Drehgelenk 60 besteht aus einem Kniehebel, dessen erstes
Ende an einem Drehpunkt 62 frei beweglich mit dem unteren Arm des
Auslösehebel 42 gekoppelt ist. Der abgeknickte Zwischenteil des
Übertragungshebels ist auf einem Zapfen 64 des Auslösehebels 42
abgestützt, derart daß der Auslösehebel in die Ausgelöst-Stellung
überführt wird, wenn sich das Bimetall 44 aufgrund eines im Pol
auftretenden Überlaststroms nach rechts biegt.
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Während der thermischen Auslösung bildet das Zug-Drehgelenk 60
eine starre kinematische Verbindung zwischen dem Bimetall 44 und
dem Auslösehebel 42. Da keine Reibungsverluste zwischen dem Zug-
Drehgelenk 60 und dem Auslösehebel 42 auftreten, kann die vom
Bimetall 44 übertragende Auslösekraft erheblich vermindert werden.
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Der Drehpunkt 62 ist zwischen dem Zapfen 64 und der Schwenkachse
46 des Auslösehebels 42 angeordnet.
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Bei einer magnetischen Auslösung aufgrund eines Kurzschlusses,
wirkt der Auslösebolzen 34 des elektromaguetischen Auslösers auf
den unteren Arm des Auslösehebels 42, um die Entriegelung der
Sperrklinke 50 durch Freigabe der Rastnase 54 zu gewährleisten. Der
Auslösehebel 42 wird auf diese Weise entlang einer trigonometrischen
Bahn in die Ausgelöst-Stellung überführt, ohne daß er durch das
Zug-Drehgelenk 60 des thermischen Auslösemechanismus' abgebremst
würde, da dieses aufgrund der flexiblen Verbindung mit dem Bimetall
44 wirkungslos bleibt.
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Die Sperrklinke 50 weist erfindungsgemäß einen Vorsprung 70 auf,
der in bezug auf die Übertragungsstange 28 sowie den Drehpunkt 56
des zweiten Kniegelenks gegenüber der Rückhaltenase 53 ausgebildet
ist. Im Inneren des Gehäuses 12 ist in der Nähe des zur Begrenzung
der Bewegungsbahn der Sperrklinke 50 dienenden Anschlags 74 eine
Aussparung 72 ein geformt. Der Anschlag 74 besteht aus einem festen
Teilstück des Gehäuses 12, das dazu dient, bei Verschweißen der
Kontakte 16, 18 mit dem Vorsprung 70 zusammenzuwirken.
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Der Mechanismus 10 arbeitet wie folgt:
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- In der Einschaltstellung F (Fig. 1) befindet sich der Kipphebel in der
rechten Position, und die lösbare Hebelverbindung 48 ist durch den
Auslösehebel 42 verriegelt. Der Winkel α der lösbaren
Hebelverbindung 48 weist einen Minimalwert, vorzugsweise wenige Grad auf. Die
Feder 61 ist zusammengedrückt.
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- Bei einer fehlerbedingten Auslösung bewirkt der Auslösehebel 42
die Entriegelung der Sperrklinke 50, so daß die lösbare
Hebelverbindung 48 durch Ausdehnung der Feder 61 verschwenkt wird. Der
Winkel α der lösbaren Hebelverbindung nimmt einen Maximalwert an, der
sich aus dem Endpunkt der von der Drehscheibe 40 beschriebenen
Bewegungsbahn ergibt. Der Vorsprung 70 der Sperrklinke 50 befindet
sich nun gegenüber der Ausspaning 72, wobei ein bestimmtes Spiel 76
zwischen ihnen eingehalten wird, das eine Überführung des
Kipphebels
24 an den linken Randanschlag der im Gehäuse 12 ausgebildeten
Aussparung 20 (siehe Fig. 2) entsprechend der Ausschaltstellung des
Leistungsschalters ermöglicht, die durch Hervortreten der
Schaltstellungsanzeige 75 angezeigt wird.
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- Bei einem Verschweißen der Kontakte 16, 18 (siehe Fig. 3) hat jede
automatische Auslösebewegung bzw. eine manuelle Ausschaltung
durch Betätigung des Kipphebels 24 zur Folge, daß der an der
Sperrklinke 50 ausgebildete Vorsprung 70 zunächst eine begrenzte
Drehbewegung im gleichen Drehsinn wie die Drehscheibe 40 ausführt und
dann an den festen Anschlag 74 gelangt. Der Stützhebel 36 verharrt in
seiner Stellung, und die Feder 41 erlaubt eine relative
Schwenkbewegung zwischen der Drehscheibe 40 und dem Stützhebel 36. Befindet
sich der Vorsprung 70 am Anschlag 74, wird der Kipphebel 24 durch
Überschreiten des Totpunkts des ersten Kniegelenks 30 in der
Zwischenstellung S gehalten. Die Schaltstellungsanzeige 75 ist nicht
sichtbar, was dem Bediener anzeigt, daß sich die Kontakte 16, 18 im
geschlossenen, verschweißten Zustand befinden.
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Das Blockieren des Vorsprungs 70 durch den Anschlag 74 verhindert
die unerwünschte Relativbewegung der Sperrklinke 50 auf der
Drehscheibe 40 und damit eine maximale Spannung der lösbaren
Hebelverbindung 48. In der Zwischenstellung S des Kipphebels 24 (siehe Fig.
3) weist der Winkel α der lösbaren Hebelverbindung einen
festgelegten Wert auf, der zwischen den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten
Minimal- bzw. Maximalwerten liegt.
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Die lösbare Hebelverbindung 48 arbeitet im Normalbetrieb beim
Einschalten und Ausschalten des Mechanismus' 10 auf Druck. Bei
geschlossenen und verschweißten Kontakten 16, 18 hingegen arbeitet
die Verbindung 48 auf Zug, wenn versucht wird, den Kipphebel von
der Zwischenstellung S zwangsweise in die Ausschaltstellung zu
überführen. Die sichere Blockierung der Sperrklinke 50 durch
Zusammenwirken des Vorsprung 70 mit dem in das Gehäuse 12 eingearbeiteten
festen Anschlag 74 verhindert darüber hinaus jegliches Abreißen der
Kontakte 16, 18, bei dem Versuch, den Kipphebel 24 zwangsweise in
die Ausschaltstellung zu überführen.