DE69205503T2

DE69205503T2 - Verbesserter Antriebsmechanismus für einen elektrischen Schalter, insbesondere Schutzschalter oder Leistungsschalter.

Info

Publication number: DE69205503T2
Application number: DE69205503T
Authority: DE
Inventors: Gerrit Willem Hendriks; Arend Jan Willem Lammers; Gerhardus Leonardus Nitert
Original assignee: Holec Systemen en Componenten BV
Current assignee: Danfoss Power Solutions II BV
Priority date: 1991-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2012-07-04
Also published as: NO922641D0; EP0521585A1; NO922641L; EP0521585B1; NO306431B1; ES2078645T3; ATE129358T1; US5326950A; DE69205503D1; DK0521585T3; FI923091A0; GR3018607T3; FI108090B; FI923091A; NL9101162A

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsmechanismus für einen aus wenigstens einer Schalteinheit bestehenden elektrischen Schalter, insbesondere einen Schutzschalter oder Leistungsschalter, umfassend einen Spannmechanismus in der Form eines Durchgangs- oder Umkehrpunktmechanismus, der auf die wenigstens eine Schalteinheit einwirken kann, ein Betätigungsmittel zum Spannen des Spannmechanismus, Antriebsmittel zum Antreiben der wenigstens einen Schalteinheit unter der Einwirkung der in dem Spannmechanismus gespeicherten Energie, ein Mittel zum Zurückstellen der wenigstens einen Schalteinheit aus dem Antriebszustand und einen Kopplungsmechanismus, um zum Antreiben der wenigstens einen Schalteinheit den Spannmechanismus in seinem gespannten Zustand in Eingriff mit den Antriebsmitteln zu bringen und um den Eingriff des Spannmechanismus und der Antriebsmittel zu lösen, wenn sich die wenigstens eine Schalteinheit im Antriebszustand befindet, wobei die Antriebsmittel wenigstens einen Schaltarm, der auf die wenigstens eine Schalteinheit einwirkt und einen Schaltarm umfassen, der mit dem Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus verbunden ist.
Ein derartiger Antriebsmechanismus mit einem Spannmechanismus in der Form eines Durchgangs- oder Umkehrpunktmechanismus ist aus der holländischen Patentanmeldung 88 03 018 bekannt in weicher der Spannmechanismus zum Antreiben der Schalteinheit sich hinter seinen Durchgangs- oder Totpunkt bewegt, also in der gleichen Richtung, in der der Spannmechanismus gespannt ist. Wird die Schalteinheit angetrieben oder eingeschaltet, dann verbleiben die Antriebsmittel im Eingriff mit dem Spannmechanismus. Zum Ausschalten der Schalteinheit muß dieser Eingriff zuerst mittels der Betätigungsmittel gelöst werden.
Obwohl die Schalteinheit mit dieser bekannten Vorrichtung mit einer spezifischen Geschwindigkeit und in einer reproduzierbaren Weise ein- und ausgeschaltet werden kann, ist es nicht möglich die Schalteinheit direkt auszuschalten, d.h. ohne die Betätigungsmittel zu betätigen, wenn die Schalteinheit beispielsweise an einem Kurzschlußstrom anliegt.
Ein Schalter, der einen Antriebsmechanismus mit einem Spannmechanismus in der Form eines Durchgangs- oder Umkehrpunktmechnismus aufweist, ist auch aus der US-PS 4.336.520 bekannt. Dieser Schalter ist auch mit einem Kopplungsmechanismus versehen, der sicherstellt, daß die Antriebsmittel zum Antreiben der Schalteinheit mit dem Spannmechanismus in Eingriff gebracht werden, wenn dieser gespannt wird, und daß der Eingriff des Spannmechanismus und der Antriebsmittel gelöst wird, wenn die Schalteinheit angetrieben wird.
Während des Antriebs der Schalteinheit bewegt sich der Spannmechanismus wie im Falle der vorstehend erwähnten holländischen Patentanmeldung hinter seinen Durchgangspunkt und somit in die gleiche Richtung, in der der Spannmechanismus gespannt wird. Zum Einschalten des Schalters nachdem er ausgeschaltet wurde, muß ein solcher Spannmechanismus zuerst mittels der Betätigungsmittel in eine Ruheposition gebracht werden, die zum Einschalten des Schalters geeignet ist. Zum Einschalten des Schalters muß dem Spannmechanismus von dem Betätigungsmittel immer die maximale Speicherenergie, d.h. die Energie, die zum Bewegen des Spannmechanismus hinter seinen Durchgangs- oder Totpunkt notwendig ist, bereitgestellt werden.
In der französischen Patentschrift 808.888 wird ein Antriebsmechanismus für einen elektrischen Schalter beschrieben, der mit einem Spannmechanismus in Form eines Durchgangsoder Umkehrpunktmechanismus versehen ist, in welchem die Antriebsmittel nicht in Eingriff mit dem Spannmechanismus bleiben, wenn die Schalteinheit angetrieben oder eingeschaltet wird. Auch hier muß zum Wiedereinschalten des Schalters der Spannmechanismus mittels des Betatigungsmittels in eine stabile Ruheposition zurückgesetzt werden, während der Betrieb des Antriebsmechanismus wiederum darauf beruht, daß sich der Spannmechanismus hinter den Durchgangs- oder Totpunkt bewegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Antriebsmechanismus bereitzustellen, so daß die Schalteinheit aus- und wieder eingeschaltet werden kann, ohne daß der Spannmechanismus zuerst mittels des Betätigungsmittels in eine bestimmte Ruheposition zurückgesetzt werden muß.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Antriebsmittel und der Kopplungsmechanismus einen bewegungsrichtungsabhängigen Trägermechanismus bilden, so daß der Spannmechanismus und die Antriebsmittel nur in der der Spannrichtung entgegengerichteten Bewegungsrichtung aufeinander einwirken, daß der Kopplungsmechanismus aus einem Kopplungsglied besteht, das an dem Schaltarm angebracht ist und das einen ersten und einen zweiten Anschlag sowie federnde Mittel aufweist, die das Kopplungsglied in eine Ausgangsposition bewegen, wobei der erste Anschlag so angeordnet ist, daß beim Spannen des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus durch das Betätigungsmittel aus einer Ruheposition in eine Position vor dem Durchgangs- oder Totpunkt, der Antriebsarm auf den ersten Anschlag einwirkt, wodurch das Kopplungsglied aus seiner Ausgangsposition bezüglich des Schaltarms bewegt wird und die federnden Mittel spannt, und daß in der Umgebung des Durchgangs- oder Totpunktes des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus der Antriebsarm sich an dem ersten Anschlag des Kopplungsglieds vorbeibewegt und auf den zweiten Anschlag des federgespannten Glieds einwirkt wobei der zweite Anschlag derart angeordnet ist daß bei der Rückkehr des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus in der entgegengerichteten Richtung zur Ruheposition hin der Schaltarm mittels des auf den zweiten Anschlag des Kopplungsgliedes einwirkenden Antriebsarms angetrieben wird, um die wenigstens eine Schalteinheit in der Bewegungsrichtung entgegengesetzt zur Spannrichtung anzutreiben.
Durch die Verwendung eines bewegungsabhängigen Trägermechanismus gemäß der Erfindung reicht es aus, einen Durchgangs- oder Umkehrpunktmechanismus zu haben, der zum Bereitstellen der Antriebskraft zum Antreiben der wenigstens einen Schalteinheit aus seiner Ruheposition heraus nur bis vor seinen Durchgangs- oder Totpunkt gespannt werden muß. Da sich der Spannmechanismus während des Antreibens der Schalteinheit in der entgegengesetzten Richtung zu der Spannrichtung bewegt, ist es auch nicht mehr länger notwendig, den Spannmechanismus mittels des Betätigungsmittels in seine Ruheposition zu bewegen, um die Schalteinheit wieder einschalten zu können.
Es ist klar, daß im Falle des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus die Energie zum Spannen des Spannmechanismus niedriger ist als die maximale Speicherenergie des Spannmechanismus, also die Energie, die zum Bewegen des Spannmechanismus hinter seinen Durchgangs- oder Totpunkt benötigt wird. Zusätzlich zu diesem Energievorteil kann der erfindungsgemäße Antriebsmechanismus schneller schalten als der bekannte Antriebsmechanismus, weil der verwendete Durchgangs- oder Umkehrpuhktmechanismus nur bis vor seinen Durchgangs- oder Totpunkt gespannt werden muß, ohne daß er vorher seinen Durchgangsoder Totpunkt passieren muß wie dies bei dem bekannten Antriebsmechanismus der Fall ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Spannmechanismus demnach ein Kniehebelmechanismus sein, d.h. ohne eine Übertragungsmöglichkeit hinter den Totpunkt.
In der britischen Patentanmeldung 2. 118.780 ist ein Antriebsmechanismus für einen elektrischen Schalter beschrieben, der mit einem Spannmechanismus in der Form einer Feder versehen ist, die mit einem drehbaren Arm und einem Antriebsmittel zum Antreiben der Schalteinheit des Schalters unter Einwirkung der in dem Spannmechanismus aufgrund Spannens desselben gespeicherten Energie verbunden ist. Dies ist jedoch kein erfindungsgemäßer Spannmechanismus in der Form eines Durchgangs- oder Totpunktmechanismus.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus umfassen die Antriebsmittel wenigstens einen Schaltarm an der wenigstens einen Schalteinheit und einen Antriebsarm, der mit dem Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus gekoppelt ist, während der Kopplungsmechanismus aus einem Kopplungsarm besteht, der an dem Schaltarm angebracht ist und in der Ebene des Schaltarms und des Antriebsarms drehbar ist, und mit einem ersten und einem zweiten Anschlag und mit federnden Mitteln zum Bewegen des Kopplungsarms in eine Ausgangsposition versehen ist, wobei der erste Anschlag so angeordnet ist, daß beim Spannen des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus der Antriebsarm auf den ersten Anschlag einwirkt, worauf der Kopplungsarm relativ zu dem Schaltarm aus seiner Ausgangsposition gedreht wird und die federnden Mittel spannt, und daß in der Nachbarschaft des Durchgangs- oder Totpunktes des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus der Antriebsarm sich hinter den ersten Anschlag des Kopplungsarms bewegt und auf den zweiten Anschlag des federgespannten Kopplungsarms einwirkt, welcher zweite Anschlag derart angeordnet ist, daß beim Zurückkehren des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus in der Richtung seiner Ruheposition der Schaltarm aufgrund des auf den zweiten Anschlag des Kopplungsarms einwirkenden Antriebsarms angetrieben wird.
Ein derartiger Kopplungsarm nimmt relativ wenig Platz ein und kann ausreichend robust gemacht werden, um die auf ihn unter dem Einfluß des Spannmechanismus zum Antreiben des Schaltarms einwirkenden Kräfte während der angegebenen Servicedauer des Mechanismus auszuhalten.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist der Kopplungsarm im wesentlichen L-förmig, wobei sich der längere Schenkel auf einer Seite des Schaltarms in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der die Schalteinheit angetrieben wird, erstreckt, und der kürzere Schenkel sich auf der anderen Seite des Schaltarms erstreckt, um in der Ausgangsposition die von dem federnden Mittel verursachte Drehung des Kopplungsarms zu begrenzen, wobei der längere Schenkel mit einem Absatz versehen ist und wobei der Abschnitt des längeren Schenkels sich von dem Punkt, an dem der Kopplungsarm an dem Schaltarm angebracht ist, bis zu dem den ersten Anschlag bildenden Absatz erstreckt, während der rechtwinklig dazu liegende Absatz den zweiten Anschlag des Kopplungsarms bildet.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus umfassen die Antriebsmittel wenigstens einen Schaltarm, der auf die wenigstens eine Schalteinheit einwirkt, und einen Antriebsarm, der mit dem Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus gekoppelt ist, wobei der Kopplungsmechanismus aus einem Schiebeelement besteht, das in Längsrichtung des Schaltarms bewegbar ist und mit einem ersten und einem zweiten Anschlag und federnden Mitteln zum Bewegen des Schiebeelements in eine Ausgangsposition versehen ist, wobei der erste Anschlag derart angeordnet ist, daß beim Spannen des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus aus seiner Ruheposition mittels des Betätigungsmittels der Antriebsarm auf den ersten Anschlag einwirkt, worauf das Schiebeelement aus seiner Ausgangsposition in Längsrichtung des Schaltarms bewegt wird und die federnden Mittel spannt, und daß in der Nachbarschaft des Durchgangs- oder Totpunktes des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus sich der Antriebsarm hinter den ersten Anschlag des Schiebeelements bewegt, worauf es unter Einwirkung der Federkraft der federnden Mittel in seine Ausgangsposition zurückkehrt, während der Antriebsarm auf den zweiten Anschlag des Schiebeelements einwirkt, welcher zweite Anschlag derart angeordnet ist, daß bei der Rückkehr des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus in der Richtung seiner Ruheposition der Schaltarm mittels des auf den zweiten Anschlag des Sch iebeelements einwirkenden Antriebsarm angetrieben wird.
Ein derartiger Trägermechanismus in der Form eines federgespannten Schiebeelements kann auch ausreichend robust hergestellt werden, um den auf ihn unter dem Einfluß des Spannmechanismus zum Antreiben des Schaltarms ausgeübten Kräften widerstehen zu können.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel besteht das Schiebeelement aus einem ersten Schenkel' der sich im wesentlichen rechtwinklig zu dem Schaltarm in der Antriebsrichtung der Schalteinheit erstreckt, sowie aus einem zweiten Schenkel, der sich parallel zu dem Schaltarm erstreckt und weist Blockiermittel auf, die zum Begrenzen der von dem federnden Mittel verursachten Bewegung des Schiebeelements in der Ausgangsposition auf das Schiebeelement einwirken, während der erste Schenkel den ersten Anschlag und der zweite Schenkel den zweiten Anschlag des Schiebeelements bildet.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus, in welchem die Anordnung wenig Platz einnimmt, liegen der Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus, der damit verbundene Antriebsarm und der Schaltarm in einer Ebene, während der Schaltarm eine Öffnung aufweist, in welcher sich der Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus und der Antriebsarm bewegen können.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus ist ein Verriegelungsmittel vorgesehen, das, wenn der Schaltarm angetrieben wird, zum Verriegeln des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus vor der Ruheposition auf den Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus einwirkt, während der Antriebsarm in Kontakt mit dem zweiten Anschlag des Kopplungsmechanismus bleibt, und wobei durch Lösen der Verriegelung der Antriebsarm sich an dem zweiten Anschlag des Kopplungsmechanismus vorbeibewegen kann und unter dem Einfluß einer auf den Schaltarm einwirkenden zurückstellenden Kraft dieser in einer der Antriebsrichtung entgegengerichteten Richtung zurückgestellt werden kann.
Diese Art des Verriegelns ist insbesondere zur Verwendung im Falle eines Antriebsmechanismus geeignet, der mit einem einzigen Spannmechanismus versehen ist, durch welchen mittels entsprechender Antriebsmittel, beispielsweise in der Form eines Schaltarms und eines Antriebsarms, die mit dem Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus gekoppelt sind, mehrere einzelne Schalteinheiten angetrieben werden. Das Verriegelungsmittel kann in seiner einfachsten Form eine Ausschaltklinke umfassen, die beispielsweise auf den Biegungspunkt oder beweglichen Drehpunkt des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus einwirkt.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus ist ein auf den Schaltarm einwirkendes Verriegelungsmittel zum Verriegeln des Schaltarms in seinem angetriebenen Zustand vorgesehen, in welchem sich der Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus in der Ruheposition befindet und der Antriebsarm hinter den zweiten Anschlag des Kopplungsarms bewegt wurde, und wo durch Lösen der Verriegelung unter dem Einfluß der darauf wirkenden zurückstellenden Kraft der Schaltarm in entgegengesetzter Richtung zu der Antriebsrichtung zurückgestellt werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus im angetriebenen Zustand automatisch bis in seine Ruheposition bewegt werden und das Verriegelungsmittel wirkt direkt auf den Schaltarm ein. Das hat den Vorteil, daß während des Zurückstellens der Schalteinheit der Schaltarm direkt unter dem Einfluß der darauf einwirkenden rückstellenden Kraft bewegt werden kann, ohne daß zuerst der Antriebsarm von dem zweiten Anschlag des Schiebeelements gelöst werden muß.
Mit dieser Verriegelungsmethode ist es auch möglich einen sogenannten Offen-Geschlossen- Offen (OCO)-Schaltzyklus zu haben, der insbesondere im Falle von Leistungsschaltern notwendig ist, beispielsweise wenn an einem Kurzschlußstrom angeschlossen wird. Die Kontakte müssen dann ohne die Notwendigkeit menschlichen Eingreifens direkt geöffnet werden können. Ein solcher OCO-Zyklus ist im Falle eines elektrischen Schalters, der mit einem aus der vorstehend erwähnten holländischen Patentanmeldung bekannten Antriebsmechan is mus ausgerüstet ist, nicht möglich. Der erfindungsgemäße Spannmechanismus kann auch schon "vorgespannt" werden, so daß nach dem Öffnen der Kontakte ein schnelles Schließen erfolgen kann, wenn dies gewünscht wird.
Obwohl in diesem Falle eine auf den Schaltarm einwirkende Verriegelungsklinke auch ausreichend ist, ist in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Verriegelungsmittel vorgesehen, das eine Blattfeder umfaßt, die sich im wesentlichen rechtwinklig zu dem Schaltarm erstreckt und die an einem Ende befestigt ist und mit ihrem anderen Ende auf den Schaltarm einwirkt. Wenn sie nicht gebogen ist, stellt die Blattfeder das Verriegeln des Schaltarms sicher, während die Verriegelung auf einen Schlag durch Biegen der Blattfeder gelöst werden kann. Durch diese Blattfederverriegelung wird ein weiteres Erhöhen der Schaltgeschwindigkeit des Antriebsmechanismus erzielt.
Das Verriegelungsmittel kann zum selektiven, beispielsweise zeitabhängigen, Zurückstellen von Schalteinheiten entweder manuell oder mittels elektromagnetischer und/oder elektrothermischer Mittel betätigt werden. Das Ausführungsbeispiel, in welchem das Verriegelungsmittel direkt auf den Schaltarm einwirkt ist insbesondere zum selektiven Ausschalten von Schalteinheiten in einem mehrphasigen Leistungsschalter geeignet, um das sogenannte virtuelle Zerhacken (virtual chopping) zu vermeiden, das insbesondere bei Verwenden von Vakuumschaltern auftreten kann.
Im Falle des aus der holländischen Patentanmeldung bekannten Antriebsmechanismus kann die wenigstens eine Schalteinheit durch Drehen einer gemeinsamen Welle des Betätigungsmittels und des Antriebsmittels in eine Richtung eingeschaltet werden und durch Drehen in die andere Richtung ausgeschaltet werden. In der Praxis ist es jedoch zur einfachen Verwendung und zur Klarheit wünschenswert, ein Betätigungsmittel beispielsweise in der Form eines Rades bereitzustellen, das nur in eine Richtung gedreht werden muß.
Da in dem erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus die Schalteinheit nicht mittels des Betätigungsmittels zurückgestellt werden muß wird die angestrebte einfache Verwendung und klare Struktur durch noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erreicht, dessen Betätigungsmittel einen mit dem Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus gekoppelten, drehbar gelagerten Spannarm umfaßt und mit einem Anschlag und einem drehbar angebrachten Steuerarm versehen ist, der auf den Anschlag einwirken kann, wobei zum Spannen des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus der Steuerarm auf den Anschlag des Spannarms einwirken kann und in der Umgebung des Durchgangs- oder Totpunktes des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus der Steuerarm sich an dem Anschlag des Spannarms vorbeibewegen kann, so daß der Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus sich aus seiner gespannten Position in Richtung seiner Ruheposition bewegen kann. Der Steuerarm kann, falls gewünscht, mit einem Steuerrad versehen sein.
In einer Ausgestaltung, die wenig Platz einnimmt, weist der Spannarm eine Öffnung auf, in welcher sich der Steuerarm bewegen kann, und der Anschlag wird durch das freie Ende des aus der Öffnung ragenden Spannarms gebildet.
Zum Zurückstellen des angetriebenen Schaltmechanismus können wie im Falle bekannter Antriebsmechanismen mechanische Federn verwendet werden, die auf den Schaltarm einwirken. Um geklebte oder gelötete Schaltkontakte trennen zu können ist es notwendig, die Schalteinheit auf einen Schlag zurückzustellen.
Für diesen Zweck stellt die Erfindung auch einen Hammermechanismus zur Verwendung mit einem Antriebsmechanismus für einen elektrischen Schalter, der mit wenigstens einer Schalteinheit versehen ist, bereit, welcher einen Schaltarm zum Antreiben der wenigstens einen Schalteinheit aufweist, wobei der Schaltarm aus der Antriebsposition zum Zurückstellen der wenigstens einen Schalteinheit nur nach Zurücklegen einer bestimmten Entfernung auf einen Rückstellanschlag einwirken kann, wobei der Hammermechanismus dadurch gekennzeichnet ist, daß die Masse des Schaltarms in der Umgebung des Arbeitspunktes des Schaltarms und des Rückstellanschlags vergrößert wird.
Der Schlag- oder "Hammer"-Effekt wird durch die Tatsache erreicht, daß der Schaltarm durch das Zurücklegen einer bestimmten Entfernung schon eine bestimmte Geschwindigkeit während seines Zurückstellens aufweist bevor er auf den Rückstellanschlag einwirkt. Um die Aufprallenergie so effektiv wie möglich auf die Schalteinheit und den Rückstellanschlag zu übertragen, muß der Schaltarm starr genug sein, so daß nur wenig oder gar keine Dämpfung der Aufprallenergie durch Verformung des Schaltarms auftritt. Um dies zu erreichen wird die Masse des Schaltarms in der Umgebung des Eingriffs- oder Arbeitspunktes des Schaltarms und des Rückstellanschlags vergrößert.
Die Konzentration von Masse in dem Arbeitspunkt des Schaltarms und des Rückstellanschlags hat den Vorteil, daß der Rest des Schaltarms ohne wesentliche Einwirkung auf seine Starrheit in seinem Aufbau so leicht wie möglich gehalten werden kann, um sicherzustellen, daß im Gegenzug die Antriebsgeschwindigkeit der Schalteinheit so wenig wie möglich beeinflußt wird.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Hammermechanismus weist der Rückstellanschlag die Form eines Blocks mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt auf, dessen veqüngtes Ende einen geradlinigen Übergang mit dem Schaltarm bildet.
Eine genau festgelegte "Hammerposition" wird durch einen derartigen geradlinigen Übergang zwischen dem Rückstellanschlag und dem Schaltarm erreicht, unabhängig von der relativen Position des (sich drehenden) Schaltarms.
Um den Hammereffekt noch weiter zu verbessern, ist in einer Ausführungsform des Antriebsmechanismus der Schaltarm zum Vergößern seiner Masse auf der Seite, auf welcher er auf den Rückstellanschlag einwirken kann, mit einem Amboßelement versehen. Härten dieses Amboßelementes am Arbeitspunkt mit dem Rückstellanschlag gewährleistet eine weitere Verbesserung des Hammereffekts, d.h. eine geringere Dämpfung der Aufprallenergie. Es wurde herausgefunden, daß der Hammer- oder Schlageffekt mit einem derart aufgebauten Schaltarm um den Faktor 3 verbessert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Schaltarm mittels einer verbindenden Überlaufkopplung auf eine Schaltstange einwirken, die mit wenigstens einer Schalteinheit zu derem Antrieb gekoppelt ist, während der Rückstellanschlag mit der Schaltstange verbunden ist und die Überlaufkopplung eine mit der Schaltstange verbundene Kontaktkraftfeder umfaßt so daß der Schaltarm sich in einer bestimmten Entfernung von dem Rückstellanschlag befindet, wenn die Schaltstange angetrieben wird, während der Schaltarm und der Rückstellanschlag beim Zurückstellen der wenigstens einen Schalteinheit entlang einer Geraden aufeinander einwirken.
Es ist klar, daß das Material der Antriebsstange ebenfalls so starr wie möglich sein muß, während ihre Länge begrenzt bleiben muß, um ihre Federwirkung so gering wie möglich zu halten. Die Länge der Antriebsstange ist jedoch durch die maximale Stoßspannung, für die ein Schalter geeignet sein soll, bestimmt.
Für einen Fachmann ist es klar, daß diese verbesserte Gestaltung des Schaltarms und der Schaltstange in elektrischen Schutzschaltern oder Leistungsschaltern verwendet werden kann, die mit einem beliebigen gewünschten Antriebsmechanismus versehen sind, der ein Rückstellmittel aufweist, das zum Zurückstellen oder Öffnen der Schaltkontakte erst auf diese einwirkt, wenn es eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat.
Die Erfindung betrifft auch einen Ein- oder Mehrphasen-Schutzschalter oder -Leistungsschalter, der mit einem Antriebsmechanismus der vorstehend beschriebenen Art versehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren mit verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus im Vergleich mit einem bekannten Antriebsmechanismus genauer beschrieben.
Figuren 1a und 1b zeigen schematisch das Prinzip des aus der holländischen Patent anmeldung 8803018 bekannten Antriebsmechanismus mit einer offenen bzw. einer geschlossenen Schalteinheit.
Figuren 2a, 2b und 2c zeigen schematisch das Prinzip einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus in verschiedenen Abschnitten.
Figur 3 zeigt schematisch in perspektivischer geschnittener Darstellung einen Dreiphasenschalter, in welchem der Antriebsmechanismus gemäß den Figuren 2a, 2b und 2c eingebaut ist.
Figuren 4a und 4b zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus, der mit einer mittels einer Blattfeder realisierten Verriegelung versehen ist, mit einer offenen bzw. einer geschlossenen Schalteinheit.
Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus mit einem verbesserten "Hammerschlag"-Effekt.
Figuren 6a, 6b und 6c zeigen in schematischer Darstellung das Prinzip des Antriebsmechanismus gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Abschnitten.
Gleichartige Teile oder Teile mit einer gleichartigen Wirkung sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Figuren 1a und 1b zeigen in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des Antriebsmechanismus gemäß der holländischen Patentanmeldung 8803018, die durch die Bezugnahme Eingang in diese Schrift findet.
Der dargestellte Antriebsmechanismus wirkt auf die Schalteinheit 1, die schematisch als ein mit einem Gehäuse 2 versehener Vakuumschalter mit einem festen Kontakt 4 und mit einem beweglichen Kontakt 3 dargestellt ist. Das Gehäuse 2 weist einen Balg 5 auf, der einen dichten Übergang zu einer Schaltstange 6 bewirkt, welche mit dem beweglichen Kontakt 3 verbunden ist. Die Schalteinheit 1 kann zum Öffnen und Schließen der Kontakte 3, 4 mittels der Schaltstange 6 angetrieben werden.
Der Antriebsmechanismus besteht aus einem Schaltarm 7, der mit seinem einen Ende in dem Punkt B drehhar gelagert ist, und einer verbindenden Üherlaufkopplung 8, die eine Druck- Kontaktkraftfeder 9 umfaßt, welche mit ihrem einen Ende 10 auf die Schaltstange 6 einwirkt und mit ihrem anderen Ende 11 mittels eines gelenkigen Stahanschlusses 13 an dem Schaltarm 7 mit einer Buchse 12 verbunden ist, die über die Schaltstange 6 geschoben werden kann. In der in der Figur 1a dargestellten Position des Antriebsmechanismus liegt die Buchse 12 an einem Rückstellanschlag 14 der Schaltstange 6 an.
Der Spannmechanismus 15 ist aus einem Durchgangspunkt- oder Umkehrpunktmechanismus gebildet, der einen Arm 16 umfaßt, dessen eines Ende A gelenkig mit einem Ende einer mit einer Feder 18 versehenen Teleskopstange 17 verbunden ist, welche mit ihrem anderen Ende im Punkt C an einem festen Abschnitt eines Rahmens oder eines Gehäuses angelenkt ist, in welchem die Schalteinheit 1 eingebaut ist. Das andere Ende des Arms 16 ist fest mit einer drehbar angeordneten Betätigungswelle 19 verbunden. Ein Antriebsarm 20 ist ebenfalls fest mit der Betatigungswelle 19 verbunden und unter einem Winkel α zu dem Arm 16 des Durchgangspunktmechanismus angeordnet. In der in der Figur 1a dargestellten Position wirkt das freie Ende 21 des Antriebsarms 20 auf einen Entriegelungshehel 22, der gestrichelt dargestellt ist und der sich um einen Fixpunkt 23 drehen und auf eine Sperrklinke 24 einwirken kann, die so ausgelegt ist, daß sie sich um einen Fixpunkt 25 dreht und auf die eine Feder 26 wie dargestellt einwirkt. Dieser bekannte Antriebsmechanismus funktioniert folgendermaßen.
Wird die Betätigungswelle 19 im Uhrzeigersinn gedreht, so schwenkt der in der Figur 1a dargestellte Arm 16 des Spannmechanismus 15 nach unten bis der Punkt A auf der imaginären Linie X-Y zwischen der Betätigungswelle 19 und dem Drehpunkt C zur Ruhe kommt. In dieser Situation ist die Feder 18 maximal gespannt, so daß bei weiterer Drehung der Betätigungswelle 19 die Feder 18 in der Lage ist, die Betätigungswelle 19 mittels des Arms 16 in die in der Figur 1b dargestellte Position zu drücken. Beim Passieren der Verbindungslinie X-Y wird der Durchgangs- oder Totpunkt des Mechanismus passiert. Der Antriebsarm 20 schwenkt beim Drehen der Betätigungswelle 19 ebenfalls nach unten und berührt den Schaltarm 7 mit seinem Ende 21. Der Winkel α zwischen dem Antriebsarm 20 und dem Arm 16 des Durchgangspunktmechanismus 15 ist so gewählt, daß das Ende 21 des Antriebsarms 20 den Schaltarm 7 berührt, nachdem der Durchgangspunkt oder die Linie X-Y passiert wurde.
Die Bewegung des Schaltarms 7 unter dem Einfluß des auf ihn einwirkenden Antriebsarms 20 wird mittels der Druck-Kontaktkraftfeder 9 auf die Schaltstange 6 übertragen, die in der Richtung zum Schließen der Kontakte 3, 4 der Schalteinheit 1 wie in Figur 1b dargestellt angetrieben wird. Durch Schwenken des Antriebsarms 20 kommt der Entriegelungshebel 22 unter dem Einfluß der Feder 26 in die in Figur 1b dargestellte Position, in welcher die Verriegelungsklinke 24 auf das freie Ende des Schaltarms 7 einwirken kann, um ihn zu verriegeln.
Zum Zurückstellen des Antriebsmechanismus, d.h. zum Öffnen der Kontakte 3, 4 der Schalteinheit 1, ist es notwendig, den Antriebsarm 20 in die in Figur 1a gezeigte Position zu bewegen, indem die Betätigungswelle 19 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Dazu muß der Spannmechanismus 15 bis zu seiner maximalen Spannkraft oder Speicherenergie gespannt werden, d.h. in die Position, in welcher der Punkt A auf der Linie X-Y liegt. Nach dem Passieren des Durchgangspunktes nimmt der Antriebsarm 20 wieder eine stabile Position ein, in welcher das Ende 21 den Entriegelungshehel 22 betätigt, wodurch die Verriegelung des Schaltarms 7 durch die Verriegelungsklinke 24 gelöst wird und der Schaltarm 7 unter dem Einfluß der Rückstellkraft der Druck-Kontaktkraftfeder 9 in einem Schlag gegen den Rüekstellanschlag 14 schlägt. Falls gewünscht, kann eine weitere Rückstellkraft in Form einer Druckfeder 27 vorgesehen werden, die wie dargestellt auf das freie Ende des Schaltarms 7 einwirkt. Der Grund des Zurückstellens der Schaltstange 10 auf einen Schlag besteht darin, zusammengeklebte oder -gelötete Kontakte zu trennen, was für den Fachmann ein bekanntes Problem ist.
Da in dem Falle des aus der erwähnten holländischen Patentanmeldung bekannten Antriebsmechanismus der Spannmechanismus 15, oder der Durchgangspunkt- oder Umkehrpunktmechanismus, durch den Antriebsarm 20, den Schaltarm 7 und die verbindende Üherlaufkopplung 8 in Eingriff mit der Schaltstange 6 bleibt, kann ohne ein Drehen der Betätigungswelle 19 kein Ausschalten der Schalteinheit 1 stattfinden. Aus diesem Grunde ist dieser Antriebsmechanismus ungeeignet zur Verwendung in elektrischen Leistungsschaltern, die der Anforderung gerecht werden müssen, daß im Falle einer Verbindung mit einem Erdschlußstrom, wie einem Kurzschlußstrom, dieser Erdschlußstrom beispielsweise im Falle eines Wechselstromes innerhalb weniger Zyklen abgeschaltet können werden muß. Das Zurückstellen der Schalteinheit 1 mittels der Betätigungswelle 19 erfordert tatsächlich mindestens die menschliche Reaktionszeit und ist demnach größer als mindestens 0,5 Sekunden (25 Zyklen eines 50 Hz-Wechselstromes).
Die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus, der auf dem in den Figuren 1a und 1b dargestellten bekannten Antriebsmechanismus beruht und mit einem Kopplungsmechanismus 28 versehen ist.
In der dargestellten Ausführungsform umfaßt der Kopplungsmechanismus 28 ein Schiebeelement 29, das in Längsrichtung des Schaltarms 7 bewegt werden kann. Das Schiebeelement 29 ist mit einem ersten Anschlag 30, der sich im wesentlichen rechtwinklig zu dem Schaltarm 7 erstreckt und mit einem zweiten Anschlag 31 versehen, der in einer Geraden mit dem Schaltarm 7 liegt. Das Schiebeelement 29 wird mittels einer mechanischen Druckfeder 32 in seine in der Figur 2a dargestellte Ausgangsposition bewegt, wobei die Druckfeder 32 zum einen auf den ersten Anschlag 30 und zum anderen auf einen mit dem Schaltarm 7 verbundenen Anschlag 33 einwirkt. Die Feder 32 wird von einer Führungsstange 34 getragen, die so gelagert ist, daß sie mit einem gesperrten freien Ende in einer Öffnung 35 des Anschlags 33 geführt werden kann. Der erfindungsgemäße Antriebsmechanismus funktioniert dann folgendermaßen.
Ausgehend von der in Figur 2a gezeigten Position wird der Antriebsarm 20 mit seinem freien Ende 21 entlang dem ersten Anschlag 30 des Schiebeelements 29 nach oben bewegt, wenn die Betätigungswelle 19 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, und der Spannmechanismus 15 wird ebenfalls aus der in der Figur 2a gezeigten Ruhestellung heraus gespannt. Die Feder 32 wird folglich zusammengedrückt und das Schiebeelement 29 wird mit seinem zweiten Anschlag 31 entlang dem Schaltarm 7 in Richtung des Drehpunktes B bewegt.
Bei weiterem Drehen der Betätigungswelle 19 bewegt sich der Antriebsarm 20 zu einem bestimmten Moment mit seinem Ende hinter den ersten Anschlag 30 des Schiebeelements 29, wodurch das Schiebeelement 29 wie in Figur 2a dargestellt unter dem Einfluß der Kraft der zusammengedrückten Feder 32 in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Der Antriebsarm 20 wirkt in diesem Falle wie in Figur 2b dargestellt auf den zweiten Anschlag 31 des Schiebeelements 29 ein. Der Winkel β, unter welchem der Antriebsarm 20 zu dem Arm 16 des Spannmechanismus 15 angeordnet ist, ist so gewählt, daß der Spannmechanismus 15 in dieser Situation die Linie X-Y noch nicht passiert hat.
Durch anschließendes Auslösen der Betätigung durch die Betätigungswelle 19 bewegt sich der Antriebsarm 20 unter dem Einfluß des Spannmechanismus 15 entlang dem Schaltarm 7 nach unten, weil sein Ende 21 auf den zweiten Anschlag 31 des Schiebeelements 29 einwirkt mit dem Ergebnis, daß die Kontakte 3, 4 der Schalteinheit 1 mittels der verbindenden Überlaufkopplung 8 und der Schaltstange 6 geschlossen werden. All dies geschieht in der gleichen Weise, wie in dem in den Figuren 1a und 1b gezeigten bekannten Antriebsmechanismus.
Figur 2c zeigt eine Schalteinheit 1 im angetriebenen Zustand, in welchem sich der Antriebsarm 20 mit seinem Ende 21 in Eingriff mit dem zweiten Anschlag 31 des Schiebeelements 29 befindet und mittels einer Verriegelungsklinke 36, die sich um einen festen Drehpurikt 37 drehen kann und auf den Spannmechanismus 15 in dessen Drehpunkt A einwirkt, in dieser Position gehalten wird. Durch das Lösen der Verriegelung mittels Drehen der Verriegelungsklinke 36 im Uhrzeigersinn, beispielsweise mittels eines schematisch dargestellten manuell gehandhabten Ausschalt-Druckknopfes 38, bewegt sich der Punkt A in die Richtung eines festen Anschlags 39, während sich der Antriebsarm 20 mit seinem Ende 21 an dem zweiten Anschlag 31 des Schiebeelements vorbeibewegt, mit dem Ergebnis, daß der Schaltarm 7 unter dem Einfluß der auf ihn wirkenden rückstellenden Kraft, in diesem Fall durch die Druck-Kontaktkraftfeder 9 und die optionale Druckfeder 27, in einem Schlag gegen den Rückstellanschlag 14 schlägt, wodurch die Kontakte 3, 4 der Schalteinheit 1 getrennt werden.
Anders als die bekannten Antriebsmechanismen mit einem Durchgangspunkt- oder Umkehrpunktmechanismus wird im Falle des erfindungsgemäß verbesserten Antriebsmechanismus zum Zurückstellen der Schalteinheit 1 kein Drehen der Betätigungswelle 19 entgegen dem Uhrzeigersinn (dargestellt in den Figuren) benötigt. Der Eingriff des Spannmechanismus 15 mit den Antriebsmitteln, in diesem Falle der Antriebsarm 7 und der Schaltarm 7, kann ohne Betrieb des Betätigungsmittels mittels des erfindungsgemäßen Kopplungsmechanismus 28 im Beispiel der dargestellten Ausführungsform einfach durch Lösen der Verriegelung durch die Verriegelungsklinke 36 erfolgen.
Wie aus den Figuren 2a, 2b und 2c ersichtlich ist, kann der Spannmechanismus 15 ein Kniehebelmechanismus sein, weil er anders als bei dem bekannten Antriebsmechanismus nicht hinter die Linie X-Y bewegt werden muß. Natürlich kann der Spannmechanismus 15 auch ein Durchgangspunkt- oder Umkehrpunktmechanismus sein wie der in dem bekannten Antriebsmechanismus verwendete, aber mit dem Unterschied, daß keine Bewegung durch den Umkehr- oder Totpunkt hinter die Linie X-Y vorkommt. Es ist klar, daß zum Spannen des erfindungsgemäßen Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus immer weniger Energie notwendig ist als die maximale Energie, die in diesem Spannmechanismus gespeichert werden kann, d.h. um ihn in seinen Durchgangs- oder Totpunkt zu versetzen, wie dies in dem bekannten Antriebsmechanismus erforderlich ist, jedoch unter Beibehaltung der Schaltgeschwindigkeit und anderen Vorteilen des bekannten Antriebsmechanismus.
Der Kopplungsmechanismus 28 stellt im wesentlichen einen bewegungsrichtungsahhängigen Trägermechanismus dar, d.h. wenn die Betätigungswelle 19 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, dann wird der Schaltarm 7 nicht mitgenommen, während beim Drehen der Betätigungswelle 19 im Uhrzeigersinn der Schaltarm 7 durch den Antriebsarm 20 angetrieben oder bewegt wird. Diese Richtungen sind natürlich austauschbar.
In der in den Figuren 2a, 2b und 2c gezeigten Ausführungsform liegen der Spannmechanismus 15, der damit gekoppelte Antriebsarm 20 und der Schaltarm 7 in einer Ebene, während der Schaltarm 7 eine Öffnung 40 hat, in welcher sich der Arm 16 des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus und der Antriebsarm 20 bewegen können. Wie dargestellt kann diese Öffnung 40 durch den zweiten Anschlag 31 des Schiebeelements 29 zum Eingriff des Endes 21 des Antriebsarms 20 mit der Öffnung 40 teilweise geschlossen sein.
Jedoch ist es für den Spannmechanismus 15, d.h. dessen Arm 16, nicht immer notwendig, in der Öffnung 40 beweglich zu sein. Figur 3 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines elektrischen Dreiphasen-Schutzschalters oder -Leistungsschalters, in welchem alle drei Schalteinheiten 1, d.h. eine separate Schalteinheit für jede der drei Phasen R, S bzw. T, mittels eines gemeinsamen Spannmechanismus 15 angetrieben werden. Jedoch sind für jede der Phasen R, S, T Antriebsmittel in der Form eines Schaltarms 7, Antriebsarms 20 und Kopplungsmechanismus 28 vorgesehen.
Figuren 4a und 4b zeigen den Antriebsmechanismus der Figuren 2a, 2b und 2c, jedoch versehen mit einem Verriegelungsmittel in der Form einer Blattfeder 41, die mit einem Ende 42 auf das freie Ende des Schaltarms 7 einwirkt und mit ihrem Ende 43 an einem festen Punkt des Rahmens oder des Gehäuses anliegt, in welchem die Schalteinheit 1 untergebracht ist. Im nicht-angetriebenen Zustand der Schalteinheit 1 (dargestellt in Figur 4a) ist die Blattfeder 41 durchgebogen. Im angetriebenen Zustand der Schalteinheit 1 (dargestellt in Figur 4b) ist die Blattfeder entspannt und widersteht der Rückstellkraft, die durch die Druck-Kontaktkraftfeder 9 und die optionale Druckfeder 27 auf den Schaltarm 7 ausgeübt wird. Die Verriegelung des Schaltarms 7 kann gelöst werden, indem die Blattfeder 41 gebogen wird, und der Schaltarm 7 kehrt unter dem Einfluß der auf ihn wirkenden Rückstellkraft in die in Figur 4a gezeigte Position zurück. Es ist zu bemerken, daß der Spannmechanismus 15 aus der in Figur 4b gezeigten Position heraus gemäß Figur 2b vorgespannt werden kann, der Schaltarm 7 jedoch in seiner nach unten weisenden Position bleibt.
Ein Druckknopf 44, der manuell oder elektromechanisch und/oder elektrothermisch betätigt werden kann kann in oder nahe der Mitte der Blattfeder 41 zum Durchbiegen der Blattfeder 41 vorgesehen werden, wie es schematisch gestrichelt (manuelle Bedienung), als Halbkreis (elektromagnetische Bedienung) bzw. als Quadrat (elektrotherm ische Bedienung) dargestellt ist. Es wird festgestellt, daß die Verriegelungsklinke 36 gemäß der in den Figuren 2a, 2b und 2c dargestellten Ausführungsform auch durch elektromagnetische oder elektrothermische Mittel entriegelt werden kann.
Um das Zurückstellen der Schalteinheit 1 auf einen Schlag zu verbessern, wird der Schaltarm 7 in die Gestaltung mit einbezogen, wie es schematisch in Figur 5 dargestellt ist. An der Arbeitsposition des Schaltarms 7 oberhalb des Rückstellanschlags 14 wird die Masse des Schaltarms 7 durch ein darauf angeordnetes blockförmiges Amboßelement 45 vergrößert. Der Rückstellanschlag 14 weist die Form eines Blockes 46 mit einem V-förmigen Querschnitt auf der beispielsweise mittels einer Schraubengewindeverbindung fest oder abnehmbar mit der Schaltstange verbunden ist, wobei das verjüngte Ende 47 des V in die Richtung des Amhoßelements 45 weist. Dies bedeutet, daß ein gegenseitiges Einwirken aufeinander von Amboßelement 45 und Block 46 entlang einer Geraden erreicht werden kann, mit dem Ergebnis, daß ein bestimmtes "Hämmern" der Amboßmasse 45 auf den Block 46 stattfindet, unabhängig von der Drehposition des Schaltarms 7 relativ zu dem Block 46. Das Amboßelement 45 ist vorzugsweise auf der Seite gehärtet, auf welche der Rückstellanschlag, wie der Block 46, einwirkt. Das Amboßelement 45 ist mit einer Öffnung 48 versehen, durch welche die Schaltstange gleiten kann.
Durch Vergrößern der Masse des Schaltarms 7 an dem Aufprall- oder Arheitspunkt mit dem Rückstellanschlag wird eine relative Verstärkung des Schaltarms 7 erreicht, was bedeutet, daß er sich unter dem Einfluß der Aufprallenergie weniger verformt, mit dem Ergebnis, daß ein größerer Teil der Aufprallenergie zum Öffnen der Kontakte 3, 4 der Schalteinheit auf einen Schlag auf die Schaltstange übertragen wird. Ausgewähltes Vergrößern der Masse des Schaltarms 7 auf diese Art bedeutet, daß eine Zunahme des Hammerschlageffekts um den Faktor 3 erzielt werden kann.
Der Rest des Schaltarms 7 selbst kann in Leichtbauweise ausgeführt sein, natürlich derart, daß er den auf ihn ausgeübten Kräften widersteht, so daß der Einfluß auf die Schaltgeschwindigkeit durch die Zunahme der lokalen Masse des Schaltarms 7 sehr klein oder vernachlässigbar ist.
Um in der Lage zu sein, der Notwendigkeit einer Steuerung des Schalters durch Drehen des Betätigungsmittels in einer Richtung gerecht zu werden, ist ein Spannarm 49 vorgesehen, der mit der Betätigungswelle 19 gekoppelt ist und einen Anschlag 50 und einen Steuerarm 51 aufweist, der in den Spannarm eingreifen kann und um einen Fixpunkt 52 gedreht wird (vgl. Figuren 2a, 2b und 2c).
Wenn der Steuerarm 51 in Figur 2a entgegen des Uhrzeigersinns gedreht wird, kommt er mit seinem Ende 53 in Kontakt mit dem Anschlag 50 des Spannarms 49, wodurch die Betätigungswelle gedreht wird und der Spannmechanismus 15 folglich gespannt wird. In der in Figur 2b gezeigten Position, in welcher das Ende 21 des Antriebsarms 20 auf den zweiten Anschlag 31 des Schiebeelements 29 einwirkt berührt das Ende 53 des Steuerarms nur gerade den Anschlag 50 des Spannarms 49. Wird der Steuerarm 51 weiter entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so wird der Eingriff mit dem Spannarm 49 gelöst, worauf die Betätigungswelle 19 unter dem Einfluß des Spannmechanismus 15 im Uhrzeigersinn gedreht wird, um die Schalteinheit 1 wie vorstehend besprochen anzutreiben.
In der dargestellten Ausführungsform weist der Spannarm 49 eine Öffnung 54 auf, durch welche sich der Steuerarm 51 bewegen kann. Anders als bei dem bekannten Antriebsmechanismus kann die Steuerung einer oder mehrerer Schalteinheiten mit einem erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus durch Drehen des Steuerarms 51 oder einer Steuerkurbel oder eines Steuerrades in ein und derselben Richtung erreicht werden.
Figuren 6a, 6b und 6c zeigen die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus, die ebenfalls auf dem in den Figuren 1a und 1b gezeigten bekannten Antriebsmechanismus basiert und mit einem Kopplungsmechanismus 55 versehen ist.
In der dargestellten Ausführungsform umfaßt der Kopplungsmechanismus 55 einen etwa L- förrnigen Kopplungsarm 56, der an dem Schaltarm 7 befestigt ist, so daß er sich in der Zeichenebene drehen kann. Der lange Schenkel 58 des Kopplungsarms 56 erstreckt sich hier auf einer Seite des Schaltarms 7 in der Rückstellrichtung der Schalteinheit 1, während der kurze Schenkel 59 wie dargestellt auf der anderen Seite des Schaltarms 7 liegt.
Der lange Schenkel 58 ist mit einer Stufe versehen, die wie dargestellt durch einen ersten Anschlag 60, der sich von dem Drehpunkt 57 erstreckt, und einen zweiten Anschlag 61 gebildet ist. In dem Drehpunkt 57 wirkt eine Spiralfeder 63 auf den Kopplungsarm 56, so daß in der Zeichenehene gesehen eine entgegen dem Uhrzeigersinn wirkende mechanische Voreinstellkraft auf den Kopplungsarm 56 ausgeübt wird. Die Drehung des Kopplungsarms 56 ist bis zu der Position begrenzt, in welcher das Ende 62 des kurzen Schenkels 59 den Schaltarm 7 berührt. Anstatt einer Spiralfeder 63 können auch andere Mittel verwendet werden, wie beispielsweise eine (nicht dargestellte) mechanische Spannfeder, die zwischen dem kurzen Schenkel 59 und dem Schaltarm 7 wirkt. Die verbleibenden Teile des Antriebsmechanismus entsprechen der vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 5 vorgenommenen Beschreibung. Die Art und Weise, in welcher die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus funktioniert, ist wie folgt.
Ausgehend von der in Figur 6a dargestellten Position, in welcher die Kontakte 3, 4 der Schalteinheit 1 offen sind, kommt bei einer Drehung der Betätigungswelle 19 durch den Steuerarm 51 und den Spannarm 49 entgegen dem Uhrzeigersinn der Antriebsarm 20 mit seinem freien Ende 21 in Kontakt mit dem ersten Anschlag 60 des Kopplungsarms 56, mit dem Ergebnis, daß letzterer entgegen der Kraft der Spiralfeder 63 in Richtung zu dem Drehpunkt B hin gedreht wird, in der Figur entsprechend einer Drehung im Uhrzeigersinn.
Bei weiterer Drehung der Betätigungswelle 19 bewegt sich das Ende 21 des Antriebsarms 20 an dem ersten Anschlag 60 des Kopplungsarms 56 vorbei, wie in Figur 6b dargestellt. In der in Figur 6b gezeigten Position berührt das Ende 53 des Steuerarms 51 gerade den Anschlag 50 des Spannarms 49. Bei weiterer Drehung des Steuerarms 51 oder der Betätigungswelle 19 entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Eingriff mit dem Spannarm 49 gelöst. Der Winkel γ, unter welchem der Antriebsarm 20 zu dem Arm 16 des Spannmechanismus 15 angeordnet ist, ist so ausgewählt, daß der Spannmechanismus 15 in dieser Situation die Linie X-Y noch nicht überschritten hat, und die Betätigungswelle 19 wird durch den Spannmechanismus 15 im Uhrzeigersinn gedreht.
Da das Ende 21 des Antriebsarms 20 nun, wie in Figur 6b dargestellt, an dem zweiten Anschlag 60 des Kopplungsarms 56 anliegt, wird der Schaltarm 7 durch die Bewegung des Antriebsarms 20 nach unten bewegt wodurch die Kontakte 3, 4 der Schalteinheit 1 durch die verbindende Überlaufkopplung 8 und die Schaltstange 6 geschlossen werden. All dies geschieht in der gleichen Weise, wie vorstehend beschrieben.
Figur 6c zeigt die Schalteinheit 1 im angetriebenen Zustand, in welchem als Folge der begrenzten Drehung des Kopplungsarms 56 das Ende 21 des Antriebsarms 20 nicht mehr auf den zweiten Anschlag 61 des Kopplungsarms 56 einwirkt. Der Schaltarm 7 wird durch die Blattfeder 41 in dem angetriebenen Zustand gehalten, wie unter Bezugnahme auf die Figuren 4a, 4b beschrieben wurde. Das Verriegeln des Schaltarms 7 kann durch Durchbiegen der Blattfeder 41 sehr schnell gelöst werden, und unter dem Einfluß der durch die Druck- Kontaktkraftfeder 9 und die optionale Druckfeder 27 auf ihn ausgeübte Kraft kehrt er in die in Figur 6a gezeigte Figur zurück.
Der Kopplungsmechanismus 55 wiederum stellt einen bewegungsrichtungsabhängigen Trägermechanismus dar, in welchem der Schaltarm 7 nicht angetrieben wird, wenn die Betatigungswelle 19 in eine Richtung gedreht wird (mittels des Betätigungsmittels 51), und der Schaltarm 7 angetrieben wird, wenn die Betätigungswelle 19 in die andere Richtung gedreht wird (mittels des Spannmechanismus 15).
Es wird festgestellt, daß in dem angetriebenen Zustand der Schalteinheit 1, wie er in Figur 6c dargestellt ist, der Spannmechanismus 15 wie in der in Figur 6b gezeigten Situation schon gespannt sein kann, mit der Folge, daß die Schalteinheit 1 sofort nach ihrem Zurückstellen wieder eingeschaltet werden kann, Es ist klar, daß die in Figur 5 besprochenen Maßnahmen die Verbesserung des Zurückstellens der Schalteinheit 1 auf einen Schlag betreffend mit dem gleichen Vorteil in der Ausführungsform der Erfindung gemäß den Figuren 6a, 6b und 6c angewendet werden können. Falls gewünscht kann der Kopplungsarm auch zwei miteinander verbundene separate Schenkel 58, 59 umfassen, oder es können andere Mittel zum Begrenzen der Drehung des Kopplungsarms 56 als der kurze Schenkel 59, in diesem Falle der lange Schenkel 58, verwendet werden. Anstatt der Blattfeder 41 kann ein Verriegeln des Schaltarms 7 auch durch eine Verriegelungsklinke 24 (Figuren 1a, 1b) oder ein Verriegeln des Spannmechanismus 15 durch eine Verriegelungsklinke 36 (Figuren 2a, 2b, 2c) erfolgen, wobei in diesem Fall im angetriebenen Zustand der Schalteinheit 1 das Ende 21 des Antriebsarms 20 in Kontakt mit dem zweiten Anschlag 61 des Kopplungsarms 55 bleibt.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele eines Kopplungsmechanismus in der Form eines Schiebeelements oder eines Kopplungsarms beschrieben wurde, ist es für einen Durchschnittsfachmann klar, daß ein derartiger Kopplungsmechan is mus auf unterschiedliche Weise als bewegungsrichtungsabhängiger Trägermechanismus gestaltet werden kann. Natürlich können anstatt der dargestellten Verriegelungsmittel auch in dem bekannten Antriebsmechanismus verwendete Verriegelungsklinken verwendet werden, wobei in diesem Falle der Entriegelungshebel 22 durch eine manuell, elektromagnetisch oder elektrothermisch betätigte Ausschalteinrichtung ersetzt werden kann, wie es für den erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus dargestellt ist.

Claims

1. Antriebsmechanismus für einen aus wenigstens einer Schalteinheit (1) bestehenden elektrischen Schalter, insbesondere einen Schutzschalter oder Leistungsschalter, umfassend einen Spannmechanismus (15) in der Form eines Durchgangs- oder Umkehrpunktmechanismus, der auf die wenigstens eine Schalteinheit (1) einwirken kann, ein Betätigungsmittel (19) zum Spannen des Spannmechanismus (15), Antriebsmittel (7, 20) zum Antreiben der wenigstens einen Schalteinheit (1) unter der Einwirkung der in dem Spannmechanismus (15) gespeicherten Energie, ein Mittel (8) zum Zurückstellen der wenigstens einen Schalteinheit (1) aus dem Antriebszustand und einen Kopplungsmechanismus (28; 55), um zum Antreiben der wenigstens einen Schalteinheit (1) den Spannmechanismus (15) in seinem gespannten Zustand in Eingriff mit den Antriebsmitteln (7, 20) zu bringen und um den Eingriff des Spannmechanismus (15) und der Antriebsmittel (7' 20) zu lösen, wenn sich die wenigstens eine Schalteinheit im Antriebszustand befindet, wobei die Antriebsmittel (7, 20) wenigstens einen Schaltarm (7), der auf die wenigstens eine Schalteinheit (1) einwirkt, und einen Schaltarm (20) umfassen, der mit dem Durchgangspunkt- oder Kniehehelmechanismus (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die Antriebsmittel (7, 20) und der Kopplungsmechanismus (28; 55) einen bewegungsrichtungsabhängigen Trägermechanismus bilden, so daß der Spannmechanismus (15) und die Antriebsmittel (7 20) nur in der der Spannrichtung entgegengerichteten Bewegungsrichtung aufeinander einwirken, daß der Kopplungsmechanismus (28; 55) aus einem Kopplungsglied (29, 56) besteht, das an dem Schaltarm (7) angebracht ist und das einen ersten (30, 60) und einen zweiten Anschlag (31, 61) sowie federnde Mittel (32, 63) aufweist, die das Kopplungsglied (29, 56) in eine Ausgangsposition bewegen, wobei der erste Anschlag (30, 60) so angeordnet ist, daß beim Spannen des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15) durch das Betätigungsmittel (19) aus einer Ruheposition in eine Position vor dem Durchgangs oder Totpunkt, der Antriebsarm (20) auf den ersten Anschlag (30, 60) einwirkt, wodurch das Kopplungsglied (29, 56) aus seiner Ausgangsposition bezüglich des Schaltarmes (7) bewegt wird und die federnden Mittel (32, 63) spannt, und daß in der Umgebung des Durchgangs- oder Totpunktes des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15) der Antriebsarm (20) sich an dem ersten Anschlag (30, 60) des Kopplungsglieds (29, 56) vorbeibewegt und auf den zweiten Anschlag (31, 61) des federgespannten Glieds (56) einwirkt wobei der zweite Anschlag (31, 61) derart angeordnet ist, daß hei der Rückkehr des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15) in der entgegengerichteten Richtung zur Ruheposition hin der Schaltarm (7) mittels des auf den zweiten Anschlag (31, 61) des Kopplungsgliedes (29, 56) einwirkenden Antriebsarmes (20) angetrieben wird, um die wenigstens eine Schalteinheit (l) in der Bewegungsrichtung entgegengesetzt zur Spannrichtung anzutreiben.

2. Antriebsmechanismus nach Anspruch 1, wobei der Spannmechanismus (15) ein Kniehebelmechanismus ist.

3. Antriebsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kopplungsglied ein Kopplungsarm (56) ist, der in der Ebene des Schaltarmes (7) und des Antriebsarmes (20) drehbar ist und mit dem ersten (60) und zweiten Anschlag (61) versehen ist.

4. Antriebsmechanismus nach Anspruch 3, wobei der Kopplungsarm (56) im wesentlichen L-förmig ist, dessen längerer Schenkel (58) sich auf einer Seite des Schaltarmes (7) in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der die Schalteinheit angetrieben wird, erstreckt, und dessen kürzerer Schenkel (59) sich auf der anderen Seite des Schaltarmes (7) erstreckt, um in der Ausgangsposition die von dem federnden Mittel (63) verursachte Drehung des Kopplungsarmes (56) zu begrenzen, wobei der längere Schenkel mit einem Absatz versehen ist und wobei der Abschnitt des längeren Schenkels (58) sich von dem Punkt, an dem der Kopplungsarm (56) an dem Schaltarm (7) angebracht ist, bis zu dem den ersten Anschlag (60) bildenden Absatz erstreckt während der rechtwinklig dazu liegende Absatz den zweiten Anschlag (61) des Kopplungsarmes (56) bildet.

5. Antriebsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kopplungsglied aus einem Schiebeelement (29) besteht, das in Längsrichtung des Schaltarms (7) bewegbar ist und mit einem ersten (30) und einem zweiten Anschlag (31) versehen ist.

6. Antriebsmechanismus nach Anspruch 5, wobei das Schiebeelement (29) aus einem ersten Schenkel, der sich im wesentlichen rechtwinklig zu dem Schaltarm (7) erstreckt, und einem zweiten Schenkel besteht, der sich parallel zu dem Schaltarm erstreckt, und ein Blockiermittel (34) aufweist, die zum Begrenzen der von dem federnden Mittel (32) verursachten Bewegung des Schiebeelements (29) in der Ausgangsposition auf das Schiebeelement einwirken, während der erste Schenkel den ersten Anschlag (30) und der zweite Schenkel den zweiten Anschlag (31) des Schiebeelernents (29) bildet.

7. Antriebsmechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15), der damit verbundene Antriebsarm (20) und der Schaltarm (20) in einer Ebene liegen, während der Schaltarm (7) eine Öffnung (40) aufweist, in welcher der Durchgangspunkt- oder Kniehehelmechanismus (15) und der Antriebsarm (20) sich bewegen können.

8. Antriebsmechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, wobei ein Verriegelungsmittel (36) vorgesehen ist, das, wenn der Schaltarm (7) angetrieben wird, zum Verriegeln des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15) vor der Ruheposition auf den Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15) einwirkt, während der Antriebsarm (20) im Eingriff mit dem zweiten Anschlag (31; 61) des Kopplungsmechanismus (28; 55) bleibt, und wobei durch Lösen der Verriegelung der Antriebsarm (20) sich an dem zweiten Anschlag (31 61) des Kopplungsmechanismus (28; 55) vorbeibewegen kann und unter dem Einfluß einer auf den Schaltarm (7) einwirkenden zurückstellenden Kraft (8) dieser in einer der Antriebsr ichtung entgegengerichteten Richtung zurückgestellt werden kann.

9. Antriebsmechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, wobei ein auf den Schaltarm (7) einwirkendes Verriegelungsmittel (41) zum Verriegeln des Schaltarms (7) im Antriebszustand vorgesehen ist, in welchem sich der Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15) in der Ruheposition befindet und der Antriebsarm (20) an dem zweiten Anschlag (31; 61) des Kopplungsmechanismus (28; 55) vorbeihewegt wurde, und wobei durch Lösen der Verriegelung unter dem Einfluß der auf ihn wirkenden zurückstellenden Kraft (8) der Schaltarm (7) in einer der Antriebsrichtung entgegengerichteten Richtung zurückgestellt werden kann.

10. Antriebsmechanismus nach Anspruch 9, wobei das Verriegelungsmittel eine Blattfeder (41) umfaßt die sich im wesentlichen rechtwinklig zu dem Schaltarm erstreckt und an einem Ende (43) festgelegt ist und mit einem anderen Ende (42) auf den Schaltarm (7) einwirkt.

11. Antriebsmechanismus nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei Ausschaltmittel (38; 44) vorgesehen sind, die auf die Verriegelungsmittel (36; 41) einwirken, um mittels elektromechan ischer und/oder elektrotherm ischer Mittel ze itauswahlgesteuert die Verriegelug zu lösen.

12. Antriebsmechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Betätigungsmittel einen mit dem Durchgangspunkt- oder Kniehehelmechanismus (15) gekoppelten, drehbar gelagerten Spannarm (49) umfaßt und mit einem Anschlag (50) und einem drehbar angebrachten Steuerarm (51) versehen ist, der auf den Anschlag (50) einwirken kann, wobei zum Spannen des Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15) der Steuerarm (51) auf den Anschlag (50) des Spannarmes (49) einwirken kann und in der Umgebung des Durchgangs- oder Totpunktes des Durchgangspunkt- oder Kniehehelmechanismus (i5) der Steuerarm (51) sich an dem Anschlag (50) des Spannarmes (49) vorheibewegen kaiiii, so daß der Durchgangspunkt- oder Kniehebelmechanismus (15) sich aus seiner gespannten Position in Richtung seiner Ruheposition bewegen kann.

13. Antriebsmechanismus nach Anspruch 12, wobei der Spannarm (49) eine Öffnung (54) aufweist, in welcher sich der Steuerarm (51) bewegen kann und wobei der Anschlag (50) durch das freie Ende des aus der Öffnung ragenden Spannarmes (49) gebildet wird.

14. Antriebsmechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Antriebsmittel (7) mit einem Hammermechanismus versehen ist und der Schaltarm (7) im Antriebszustand zum Zurückstellen der wenigstens einen Schalteinheit (1) nur nach Zurücklegen einer bestimmten Entfernung auf einen Rückstellanschlag (14) einwirken kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Schaltarmes (7) in der Umgehung des Arbeitspunktes des Schaltarmes (7) und des Rückstellanschlags (14) vergrößert wird.

15. Antriebsmechanismus nach Anspruch 14, wobei der Rückstellanschlag (14) die Form eines Blockes (46) mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt aufweist, dessen verjüngtes Ende (47) einen geradlinigen Übergang mit dem Schaltarm (7) bildet.

16. Antriebsmechanismus nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Schaltarm (7) zum Vergrößern seiner Masse auf der Seite, auf welcher er auf den Rückstellanschlag (14) einwirken kann, mit einem Amboßelement (45) versehen ist.

17. Antriebsmechanismus nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei der Schaltarm (7) mittels einer verbindenden Überlaufkopplung (8) auf eine Schaltstange (6) einwirken kann, die zum Antreiben davon mit wenigstens einer Schalteinheit (1) gekoppelt ist, während der Rückstellanschlag (14) mit der Schaltstange (6) verbunden ist und die Überlaufkopplung (8) eine mit der Schalistange (6) verbundene Kontaktkraftfeder (9) umfaßt, so daß der Schaltarm (7) sich in einer bestimmten Entfernung von dem Rückstellanschlag (14) befindet, wenn die Schaltstange (6) angetrieben wird, während der Schaltarm (7) und der Rückstellanschlag (14) beim Zurückstellen der wenigstens einen Schalteinheit (1) entlang einer Geraden aufeinander einwirken.

8. Ein- oder Mehrphasen-Schutzschalter oder -Leistungsschalter, der mit einem Antriebsmechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 versehen ist.