DE69303097T2 - Schwenkhebelbetätigungsmechanismus für Schutzschalter mit Phasen- und Neutralleiter - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus eines Kleinleistungsschalters mit Phasen- und Neutralleiter, bestehend aus
• - einer doppelten Trennvorrichtung mit einem von einem Neutralleiter-Kontaktträger getragenen beweglichen Neutralleiterkontakt, der dazu dient, mit einem feststehenden Neutralleiterkontakt zusammenzuwirken, und einem von einem Phasenleiter-Kontaktträger getragenen beweglichen Phasenleiterkontakt, der dazu dient, mit einem fesstehenden Phasenleiter zusammenzuwirken,
• - einem drehbar gelagerten Mitnehmerhebel zur gleichzeitigen Überführung der beiden Kontaktträger von einer Ausschaltstellung in eine Einschaltstellung der Kontakte, wobei die genaanten Kontaktträger auf einer Schwenkachse gelagert sind, um eine relative Schwenkbewegung in bezug auf den Mitnehmerhebel ausführen zu können,
• - einem Schaltknebel, der mit einer dem Mitnehmerhebel zugeordneten mechanischen Getriebeverbindung gekoppelt ist,
• - einem Auslösehebel, der über einen Auslöser angesteuert wird, um im Fehlerfäll die mechanische Verbindung zu unterbrechen und die automatische Abschaltung der Kontakte zu bewirken,
• - sowie Federmitteln zur Gewährleistung des Kontaktdrucks bei der Überführung des Mitnehmerhebels in die Einschaltstellung durch manuelle Betätigung des Schaltknebels.
• Ein solcher Schaltmechanismus ist beispielsweise aus der Druckschrift EP-A-0 042 778 bekannt.
• Bei einem einpoligen Leistungsschalter mit Neutralleiter wird der Kontaktdruck in der Einschaltstellung der Kontakte normalerweise durch zwei in der Querebene versetzt zueinander angeordnete Federn gewährleistet. Dabei ist jede Feder einem Kontaktträger zugeordnet, um eine getrennte Druckkraft auf die entsprechenden Kontakte auszuüben. Der Einbau von zwei Kontaktdruckfedern in ein gemeinsames Gehäuse von 18 mm Breite führt zu Platzproblemen beim Einsetzen des Mechanismus'.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vereinfachten Schaltmechanismus zu schaffen, der an die Abmessungen eines Leistungsschalters mit Phasen- und Neutralleiter in einem gemeinsamen Gehäuse angepaßt ist.
• Der erfindungsgemäße Schaltmechanismus ist dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel eine einzige Feder umfassen, die zwischen die beiden Kontaktträger eingesetzt und zwischen einem Zapfen des Mitnehmerhebels und einer Ausgleichsweiche eines Kraftverteilers gespannt ist, wobei die genannte Weiche quer zur Wirkinle der Feder angeordnet und in zwei einander gegenüberliegenden Aufnahmen der nebeneinander montierten Kontaktträger gelagert ist.
• Die Verwendung einer einzigen Feder für den zweifachen Kontaktdruck erlaubt eine Verringerung der Querabmessungen des Schaltmechanismus'. Das Zusammenwirken der Feder mit dem Kraftverteiler führt zu einer gleichmäßigen Aufteilung der Druckkräfte auf die beiden Phasen- und Neutralleiterkontakte.
• Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden aus Isolierstoff bestehenden Neutralleiter- und der Phasenleiter-Kontaktträger unter Einhaltung eines Spiels auf der Schwenkachse montiert.
• Die Kontaktdruckfeder kann als Zugfeder ausgeführt sein, die sich in der mittleren Symmetrieebene des Gehäuses erstreckt.
• Vorteilhafterweise weist mindestens eine Aufnahme der Weiche einen ersten, als Lager ausgebildeten Abschnitt mit radialer Ausrichtung der von der Feder aufgebrachten Druckkraft sowie einen zweiten, als Gelenk ausgebildeten Abschnitt auf, der eine Justierung der Einbaulage der Weiche bei ungleichmäßiger Abnutzung der Phasenleiterkontakte und Neutralleiterkontakte ermöglicht.
• Die besondere Form der in den Kontaktträgern ausgebildeten Aufnahmen erlaubt sowohl die maschinelle Montage des Schaltmechanismus' als auch die von der Abnutzung der Kontakte sowie von Fertigungstoleranzen der Phasen- und Neutralleiterkontakte unabhängige mechanische Funktionsweise des Kraftverteilers.
• 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:
• - Figur 1 eine Vorderansicht des Schaltmechanismus' eines Leistungsschalters mit Phasen- und Neutralleiter gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung mit Darstellung der Kontakte in der Einschaltstellung;
• - Figur 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 aus Figur 1;
• - Figur 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 aus Figur 1;
• - Figur 4 eine perspektivische Teilansicht des Schaltmechanismus' aus Figur 1, wobei die Kontaktdruckfeder und der Phasenleiter-Kontaktträger nicht dargestellt sind;
• - Figur 5 eine vergrößerte Detailansicht einer Aufnahme der Kraftverteilerweiche;
• - Figur 6 eine weitere perspektivische Ansicht des Schaltmechanismus';
• - Figur 7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 aus Figur 1.
• Die Figuren 1 bis 6 zeigen einen Schaltmechanismus 10 eines Kleinleistungsschalters mit Phasen- und Neutralleiter, der im Innern eines schmalen und flachen kastenförmigen Isolierstoffgehäuses 12 angeordnet ist. Die Betätigung des Schaltmechanismus' 10 erfolgt entweder manuell über einen zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung der Kontakte des Leistungsschalters verschwenkbaren Schaltknebel 11 oder automatisch über ein Auslösesystem. Der Leistungsschalter umfaßt eine doppelte Trennvorrichtung mit einem beweglichen Neutralleiterkontakt 14, der mit einem feststehenden Neutralleiterkontakt 15 zusammenwirkt, sowie einem beweglichen Phasenleiterkontakt 16, welcher mit einem feststehenden Phasenleiterkontakt 17 zusammenwirkt. Das Auslösesystem umfaßt einen elektromagnetischen Kurzschluß-Auslöser 13 (siehe Figur 1 und 3) sowie einen thermischen Bimetall-Auslöser 19 für den Überlastschutz.
• Die beiden beweglichen Kontakte 14, 16 werden getrennt von jeweils einem Phasenleiter- bzw. Neutralleiter-Kontaktträger 18, 20 getragen, die unter Einhaltung eines Radialspiels auf einer Schwenkachse 22 eines gemeinsamen Mitnehmerhebels 24 gelagert sind. Die Schwenkachse 22 ist in Querrichtung in miteinander fluchtende und in den sich gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses 12 ausgebildete Lager 26, 28 eingesetzt, um eine begrenzte Drehbewegung des Mitnehmerhebels 24 zwischen der stabilen Ausschaltstellung und der stabilen Einschaltstellung der Kontakte 14, 15; 16, 17 zu ermöglichen.
• Der drehbar gelagerte Mitnehmerhebel 24 ist zwischen zwei Kontaktträgern 18, 20 angeordnet und weist zwei Mitnehmeranschläge auf (ein Mitnehmeranschlag 30 ist in Figur 1 zu sehen), die dazu dienen, bei der Ausschalt- bzw. Einschaltbewegung gegen die Kanten der Kontaktträger 18, 20 geführt zu werden.
• Ein an einer ersten Achse 34 des Mitnehmerhebels 24 angelenkter Auslösehebel 32 umfaßt ein mit dem Auslösesystem 13, 19 zusammenwirkendes Steuerorgan 36 sowie ein mit einem Rasthaken 40 zur Bildung einer mechanischen Getriebeverbindung 41 zusammenwirkendes Rückhalteelement 38. Der Rasthaken 40 ist schwenkbar auf einer zweiten Achse 42 des Mitnehmerhebels 24 gelagert und mechanisch über einen als Kniehebelmechanismus ausgebildeten metallischen Verbindungsbügel 44 mit dem Schaltknebel 11 verbunden. Die Funktionsweise der mechanischen Auslöseverbindung 41 des Schaltmechanismus' 10 ist im französischen Patent 2.616.583 des Anmelders im einzelnen beschrieben. Die mechanische Verbindung 41 befindet sich normalerweise durch das Zusammenwirken des Rückhalteelements 38 mit dem Rasthaken 40 in der Verriegelungsstellung. Die manuelle Betätigung des Schaltknebels 11 in einer bestimmten Richtung bewirkt dann die Mitführung des Mitnehmerhebels 24, entweder in die Einschaltstellung oder in die Ausschaltstellung der Kontakte 14, 15; 16, 17. Im Verlauf des Einschaltvorgangs gewährleistet der drehbare Mitnehmerhebel 24 das Spannen einer als Drehfeder ausgeführten Ausschaltfeder (nicht dargestellt), die zwischen dem Minehmerhebel 24 und einem, an der dem Verbindungsbügel 44 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angebrachten Anschlag gespannt ist.
• Die automatische Auslösung des Schaltmechanismus' 10 erfolgt durch Entriegelung der Verklinkung zwischen dem Rückhalteelement 38 und dem Rasthaken 40 aufgrund des Ansprechens eines der Auslöser 13,19, wodurch der Auslösehebel 32 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt. Dieser Übergang in die Ausgelöststellung bewirkt das Lösen der mechanischen Verbindung 41 und die anschließende Entspannung der Ausschaltfeder sowie das daraus resultierende Verschwenken des Mitnehmerhebels 24 und der Kontaktträger 18, 20 im gleichen Drehsinn, um die Trennung der Kontakte 14, 15; 16, 17 herbeizuführen.
• Die Rückführung der mechanischen Auslöseverbindung 41 in die Verriegelungsstellung erfolgt in der Ausschaltstellung automatisch mit Hilfe einer Rückholfeder 46 (siehe Figur 6), die als fest mit dem Auslösehebel 32 verbundenes Federblatt ausgeführt ist.
• Das Seitenaußenmaß zwischen den beiden sich gegenüberliegenden großen Seitenflächen des Gehäuses 12 entspricht einer Breite von 18 Millimetern. Die beiden Achsen 34, 42 des Auslösehebels 32 bzw. des Rasthakens 40 sind auf dem Mitnehmerhebel 24 in bezug auf die Schwenkachse 22 versetzt angeordnet.
• In der Einschaltstellung wird der durch den beweglichen Neutralleiterkontakt 14 sowie den beweglichen Phasenleiterkontakt 16 auf die zugeordneten feststehenden Kontakte 15 bzw. 17 ausgeübte Kontaktdrück durch eine einzige, mit einem Kraftverteiler 50 zusammenwirkende Zugfeder 48 gewährleistet. Die Zugfeder 48 ist annähernd in der mittleren Symmetrieebene 52 angeordnet und zwischen die beiden oberen Abschnitte 54, 56 der Kontaktträger 18, 20 eingesetzt.
• Das obere Ende der Feder 48 ist auf einen Zapfen 68 des drehbaren Mitnehmerhebels 24 aufgesetzt, und die gleichzeitig als Gelenkachse der Kontaktträger 18, 20 dienende Schwenkachse 22 dieses Hebels ist zwischen der Weiche 58 und dem Zapfen 68 angeordnet. Die unter Einhaltung eines Spiels erfolgende Montage der Isolierstoff-Kontaktträger 18, 20 auf der Schwenkachse 22, zu beiden Seiten des Mitnehmerhebels 24, ermöglicht eine relative Schwenkbewegung in bezug auf den Mitnehmerhebel 24, um den Kontatdruck in der Einschaltstellung zu gewährleisten. Das von der Zugfeder 48 ausgeübte Kraftmoment beaufschlagt die Kontaktträger 18, 20 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 22, und der Kraftverteiler 50 gewährleistet dabei eine gleichmäßige Aufteilung der Druckkräfte auf den beweglichen Neutralleiterkontakt 14 und den beweglichen Phasenleiterkontakt 16.
• Die Breite der Vorsprünge 64, 66 ist größer als die Breite der oberen Kontaktträgerabschnitte 54, 56, und der Durchmesser der Zugfeder 48 entspricht annähernd der maximalen Dicke des Mitnehmerhebels 24. Der geringe Querabstand zwischen den beiden Vorsprüngen 64, 66 der beiden Kontaktträger 18, 20 erlaubt das Aufsetzen des unteren Endes der Feder 48 auf die Weiche 58.
• Jede Aufhahme 60, 62 zur Lagerung der Weiche 58 des Kraftverteilers 50 weist zwei einander gegenüberliegende und als Kreissegmente ausgebildete Stützflächen 70, 72 auf, die durch zwei konische Ausnehmungen 74, 76 (siehe Figur 5) voneinander getrennt sind. Der Innendurchmesser zwischen den beiden Stützflächen 70, 72 entspricht annähernd dem Durchmesser der zylindrischen Weiche 58. Die Winkellage der beiden Stützflächen 70,72 in der Aufnahme 60 ist so gewählt, daß die Durchmesserebene der Halbierenden annähernd parallel zur Wirklinie der Zugfeder 48 liegt. Die obere Stützfläche 72 jeder Aufnahme 60, 62 dient als Lager für jedes der Enden der Weiche 58, wobei die von der Zugfeder 48 aufgebrachte Druckkraft radial auf das Kreissegment der Stützfläche 72 gerichtet ist.
• Die beiden entsprechend der Wirkrichtung der Kontaktträger 18, 20 ausgerichteten konischen Ausnehmungen 74, 76 (siehe Figur 3 und 5) ermöglichen eine Relativbewegung der Weiche 58, um bei ungleichmäßiger Abnutzung der Phasenleiterkontakte 16, 17 bzw. der Neutralleiterkontakte 14, 15 eine gleichmäßige Druckkraftverteilung zu gewährleisten.
• Bei der automatisierten maschinellen Montage des Leistungsschalters wird die Weiche 58 des Kraftverteilers 50 zunächst in die Aufnahme 60 des Neutralleiter-Kontaktträgers 18 eingeführt und anschließend die Zugfeder 48 auf den Zapfen 68 des Mitnehmerhebels 24 und den Mittelabschnitt der Weiche 58 aufgesetzt. Durch die teilweise Einführung der Weiche 58 in die Aufnahme 60 des Vorsprungs 64 und die Wirkung der Druckkraft der Feder 48 auf die Stützfläche 72 wird die aus der Weiche 58 und der Feder 48 bestehende Anordnung vor der Montage des Phasenleiter-Kontaktträgers 20 in ihrer Querposition gehalten.
• Die besondere Form der Aufnahmen 60, 62 erlaubt sowohl eine maschinelle Montage des Schaltmechanismus' 10 als auch eine von der Abnutzung sowie der relativen Anordnung der Phasen- und Neutralleiterkontakte unabhängige mechanische Funktionsweise des Kraftverteilers 50. Durch die Verwendung einer einzigen, in der Dickenausdehnung des Mitnehmerhebels 24 angeordneten Kontaktdruckfeder kann der Schaltmechanismus' 10 mit geringen Abmessungen hergestellt werden.
• Nach einer Ausführungsvariante kann die Aufnahme 62 des Phasenleiter-Kontaktträgers 20 als kreisrundes Lager ausgeführt sein.
• Aus den Figuren 4, 6 und 7 geht hervor, daß das Bimetall 19 des thermischen Auslösers im Verlauf seiner Krümmung mit einer Betätigungszugstange 80 zusammenwirkt, die fest mit dem Auslösehebel 32 verbunden ist. Die Zugstange 80 wird durch Ausschneiden eines flachen Metallteils, insbesondere eines Blechs geringer Dicke hergestellt, das an einem seiner Enden eine annähernd kreisförmige Befestigungsöffnung 82 aufweist, die dazu dient, auf einen an den Isolierstoff-Auslösehebel 32 angeformten ortsfesten Zapfen 84 aufgeschnappt zu werden. An dem der Öffnung 82 abgewandten Ende der Zugstange ist ein Haken 86 ausgebildet, der durch das Bimetall 19 bei dessen Krümmung nach rechts (siehe Figur 6) beaufschlagt wird.
• Der Gelenkzapfen 84 der Zugstange 80 ist auf dem Steuerorgan 36 des Auslösehebels 32 zwischen der ersten Achse 34 und dem mit dem Schlaganker des Magnetauslösers 13 zusammenwirkenden unteren Ende angeordnet. Die Berührungsfläche zwischen dem Bimetall 19 und der Betätigungszugstange 80 ist auf die Querschnittsfläche der Innenkante des Hakens 86 begrenzt. Daraus ergibt sich eine geringer Reibungskoeffizient und ein maximaler Wirkungsgrad des thermischen Auslösers.
• Die Betätigungszugstange 80 des thermischen Auslösers ist genauso wie der Schlaganker des Magnetauslösers 13 in der mittleren Symmetrieebene 52 der Kontaktträger 18, 20 angeordnet. Das vom Bimetall 19 auf die Zugstange 80 übertragene Kraftmoment der thermischen Auslösung ist auf die Mittelebene 52 konzentriert. Durch das Aufschnappen der Befestigungsöffnung 82 auf den Zapfen 84 des Auslösehebels 32 wird jegliche störende Wechselwirkung oder Reibung zwischen der Zugstange 80 und anderen Teilen des Schaltmechanismus' 10 vermieden. Die durch das Bimetall 19 aufgebrachte Wirkkraft des thermischen Auslösers kann auf diese Weise auf den für eine überlastbedingte Auslösung erforderlichen Mindestwert reduziert werden.
• Die Montage der Zugstange 80 auf dem Zapfen 84 kann während des Zusammenbaus des Schaltmechanismus' 10 maschinell erfolgen. Der Zapfen 84 weist zwei parallel angeordnete Federsegmente 88, 90 auf, die durch einen Mittelspalt 92 voneinander getrennt sind und so beim Aufschnappen der Zugstange 80 einander angenähert werden können. Nach dem Aufschnappen der Befestigungsöffnung 80 auf dem Zapfen 84 bewirkt die Elastizität der Federsegmente 88, 90 in Verbindung mit zwei an ihren Enden angeordneten Verriegelungsnasen eine sichere Fixierung der Zugstange 80 auf dem Auslösehebel 32. In dieser Stellung ist die Zugstange 80 mit einem geringen Radialspiel gelenkig auf dem Zapfen 84 gelagert und erlaubt eine freie Drehbewegung in bezug auf den Auslösehebel 32.
• Bei Auftreten einer Überlast wird die Zugstange 80 durch die Rechtskrümmung des Bimetalls 19 ebenfalls nach rechts verschoben und der Auslösehebel 32 anschließend um die erste Achse 34 in Richtung der Ausgelöststellung verschwenkt. Dies bewirkt das Lösen der mechanischen Verbindung 41 und das Öffnen der Kontakte 14, 15; 16, 17.

Claims (7)

1. Schaltmechanismus eines Kleinleistungsschalters mit Phasen- und Neutralleiter, bestehend aus

- einer doppelten Trennvorrichtung mit einem von einem Neutralleiter-Kontaktträger (18) getragenen beweglichen Neutralleiterkontakt (14), der dazu dient, mit einem feststehenden Neutralleiterkontakt (15) zusammenzuwirken, und einem von einem Phasenleiter-Kontaktträger (20) getragenen beweglichen Phasenleiterkontakt (16), der dazu dient, mit einem feststehenden Phasenleiter (17) zusammenzuwirken,

- einem drehbar gelagerten Mitnehmerhebel (24) zur gleichzeitigen Überführung der beiden Kontaktträger (18, 20) von einer Ausschaltstellung in eine Einschaltstellung der Kontakte (14, 15; 16, 17), wobei die genannten Kontaktträger (18, 20) auf einer Schwenkachse (22) gelagert sind, um eine relative Schwenkbewegung in bezug auf den Mitnehmerhebel (24) ausführen zu können,

- einem Schaltknebel (11), der mit einer dem Mitnehmerhebel (24) zugeordneten mechanischen Getriebeverbindung (41) gekoppelt ist,

- einem Auslösehebel (32), der über einen Auslöser (13, 19) angesteuert wird, um im Fehlerfall die mechanische Verbindung (41) zu unterbrechen und die automatische Abschaltung der Kontakte zu bewirken,

- sowie Federmitteln zur Gewährleistung des Kontaktdrucks bei der Überführung des Mitnehmerhebels (24) in die Einschaltstellung durch manuelle Betätigung des Schaltknebels (11),

dadurch gekennzeichnet, daß

die Federmittel eine einzige Feder (48) umfassen, die zwischen die beiden Kontaktträger (18, 20) eingesetzt und zwischen einem Zapfen (68) des Mitnehmerhebels (24) und einer Ausgleichsweiche (58) eines Kraftverteilers (50) gespannt ist, wobei die genannte Weiche (58) quer zur Wirklinie der Feder (48) angeordnet und in zwei einander gegenüberliegenden Aufnahmen (60, 62) der nebeneinander montierten Kontaktträger (18, 20) gelagert ist.

2. Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus Isolierstoff bestehenden Neutralleiter-Kontaktträger (18) bzw. Phasenleiter-Kontaktträger (20) unter Einhaltung eines Spiels auf der Schwenkachse (22) montiert sind und die Kontaktdruckfeder (48) als Zugfeder ausgeführt ist.

3. Schaltmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Aufnahme (60, 62) der Weiche (58) einen ersten, als Lager ausgebildeten Abschnitt mit radialer Ausrichtung der von der Feder (48) aufgebrachten Druckkraft sowie einen zweiten, als Gelenk ausgebildeten Abschnitt aufweist, der eine Justierung der Einbaulage der Weiche (58) bei ungleichmäßiger Abnutzung der Phasenleiterkontakte (16, 17) und Neutralleiterkoinakte (14, 15) ermöglicht.

4. Schaltmechanismus nach Anspruch 3, dnddrch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt der Aufnahme (60, 62) zwei sich diametral gegenüberliegende, als Kreissegmente ausgebildete Stützflächen (70, 72) aufweist, die durch zwei entsprechend der Wirkrichtung der beiden Kontaktträger (18, 20) ausgerichtete konische Ausnehmungen (74, 76) voneinander getrennt sind.

5. Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Isolierstoff-Kontaktträger (18, 20) zwei obere Abschnitte (54, 56), zwischen denen die Kontaktdruckfeder (48) eingesetzt ist, sowie zwei die genannten Aufnahmen (60, 62) der Weiche (58) umgebende Vorsprünge (64, 66) aufweisen, wobei die Tiefe jeder Aufnahme (60, 62) größer ist als der Durchmesser der Feder.

6. Schaltmechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vorsprünge (64, 66) der Kontaktträger (18, 20) in Querrichtung durch einen kleinen Zwischenraum voneinander getrennt sind, der das Aufsetzen der Zugfeder (48) auf den Mittelabschnitt der Weiche (58) ermöglicht, und daß sich die genannte Feder (48) in der mittleren Symmetrieebene des Isolierstoffgehäuses (12) erstreckt.

7. Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (22) der Kontaktträger (18, 20) zwischen den Aufhängepunkten der Feder (48) am Zapfen (68) des Mitnehmerhebels (24) und an der Weiche (58) angeordnet ist und daß der Auslösehebel (32) begrenzt drehbar auf einer ersten Achse (34) des Mitnehmerhebels (24) gelagert ist, wobei die genannte erste Achse (34) in bezug auf die Schwenkachse (22) versetzt angeordnet ist.