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Elektrisches Schaltgerät mit Schaltschloß für hohe Schalthäufigkeit
Die neuzeitlich gesteigerten Anforderungen an Schaltgeräte bezüglich ihrer Schalthäufigkeit
zwingen zu besonderen Konstruktionen von bewegten Teilen, die an sich durch Reibung
einem starken Verschleiß unterliegen.
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Zu diesen besonders hoch beanspruchten Teilen gehören in erster Linie
-die Klinken. Die Beanspruchung einer Klinke auf Flächenpressung wächst jeweils
stetig mit der Zeit des Abgleitens der Klinkenflächen voneinander und wird im Augenblick
der Entklinkung unendlich groß, weil in diesem Augenblick ,der gesamte, auf der
Klinke lustenide Druck von einer unendlich kleinen Fläche aufgenommen werden muß.
Eis ist daher ersichtlich, daß die Grenze der zahlenmäßig möglichen Stellungswechsel
eines Schaltgerätes in erster Linie von :der Belastung, Beschaffenheit und Gestaltung
solcher Klinken abhängt.
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Die Schwierigkeiten, die ein verklinkter Schalter in dieser Hinsicht
bietet, haben, wie allgemein bekannt ist, dahin geführt, daß bei Forderung nach
besonders hoher Schalthäufigkeit der verklinkte Schalter verworfen. und dafür dem
Schaltschütz der Vorzug gegeben wird, weil dieses ohne Verklinkungsmechanismus :auskommt,
da bei ihm der erforderliche Kontaktdruck vom aufrechterhalten wird. Andererseits
muß aber bei Verwendung von Schaltschützen auf E,iigenischaften, wie sie dem verklinkten
Schalter eigen sind, z. B. hohe Schaltleistung, verzichtet werden, denn. hohe
Schaltleistung
bedingt starke Kontaktdrücke, die der Haltemagnet nicht zu erzeugen vermag, wenn
er nicht unwirtschaftlich groß gemacht wird.
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Beide Schaltergattungen besitzen somit ihre: hesonJeren Vorzüge. Das
Ziel der Erfindung geht dahin, beide Vorzüge miteinander zu verbinden, .so daß hohe
Schalthäufigkeit gepaart mit hoher Schaltleistiung in einem Gerät vereinigt werden.
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Die Erfindung geht von ider Überlegung aus, @daß von einem Zahnradgetriebe
sehr große Kräfte übertragen werden können, ohne,daß ein übermäßiger Verschleiß
an den Zahnflanken eintritt, weil diese aufeinander abrollen und nicht abgleiten.
Der mechanische Vorgang des Eingriffs eines Zahnes bei .der Übernahme der Kraftübertragung
kann auch als Verklinkungs- bzw. Entklinkungsvorgang angesehen werden.. Wenn man
in Betracht zieht, daß bei jeder Urnidrehung eines Zahnradgetriebes bezogen auf
einen Zahn ein .solcher Verkli;nkungs-und Entklinkungsvorgan.g entsteht, so kann.
man ermessen, daß bei der Vielzahl der möglichen Umdrehungen solcher Getriebe eine
sehr hohe Zahl solcher Verklinkunigs- und Entklinkungsvorgänge zustande kommt.
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Dieser Verklinkungs- und Entklinku.ngs.vorgang eines Getriebezahnes
findet bei dem nachstehend beschriebenen Scha;lterschloß, für das ein Patentschutz
nachgesucht wird, Anwendung.
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Zwischen zwei "l#,ufn:ahm-eplatten z (Fig. i), von denen nur die untere
im Bild gezeigt wird, liegen folgende Klinken: Eine Endklinke 2, drehbar um den
Zapfen, 3, eine Mitnehmerklinke 4, drehbar um den Zapfen 5, eine Mittelklinke 6,
drehbar um den Zapfen 7, sowie die Auslöseklinke 8 mit der abgeflachten Welle 9,
drehbar um sich selbst. Ferner enthält das Schloß ,die Kniiehebelteile io, io, die
bei i i bzw. 12 drehbar angelenkt sind.
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Als Hilfsmittel für die Betätigung des Schlosses liegen außerhalb
desselben -der Schaltfinger 13 mit der Schaltklinke 14 und die feste Endklinke 15,
drehbar um den Zapfen 16 am Lager 17, .das am Schaltergestell fest montiert ist.
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Die Platten i, i sind bei 18 für den Durclitritt der Schaltwelle mit
Laufsitz durchbohrt. Das Sch.loß wird also lose auf die Schalterwelle aufgeschoben.
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Dagegen. sitzt die Mitneh:merkurbel 13 fest auf der Schalterwelle.
Das Schaltschloß ist in Fig. i in Ein-Stellung gezeichnet. Bei Aus-Stellung befindet
sich der Schaltfinger 13 .in der mit »Aus« gekennzeichneten Lage. Aus dieser wird
sie in die Ein-Stellung .durch eine an der äußeren Schloßplatte angreifende Kraft
gebracht, wobei der Kraftschluß über .die Mitnehmerklinke 4 und die Schaltklinke
14 erfolgt. An den Zahnflanken i9 entsteht dabei der Einschaltdruck PE, der die
Mitnehmerk .linke .4 im Uhrzeigendrehsinn um den Zapfen '5 zu drehen sucht. Dieses
Drehmoment nehmen .die Hebelarme 1o, 1o auf, wobei, da sie sich nicht ganz in der
Strecklage befinden, im Knie eine nach außen gerichtete Kraft P" entsteht. Die Mittelklinke
6 hat die Aufgab, diese Kraft P, aufzunehmen, indem sie sich mit der Nase 2o auf
der abgeflachten Welle g abstützt. Die Untersetzung der Kräfte von der Kraft PE
bei i9. und der Ab stützkraft P" bei 2o ist außerordentlich groß, wie aus
der Figur augenscheinlich hervorgeht. Die Kraft. Pu wind um so kleiner, je mehr
die Hebel ic@, io bei Ein-Stellung sich in der Strecklage befinden.
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Mit der Abstützung bei 2o ist der Kraftschluß vollzogen:, und das
Klinkensystem im Schloß hefindet sich in der Sperrlage.
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Damit neun in der Ein-Stellung auch die äußere einschaltende Kraft,
z. B. des bedienenden Mannes, aufgefangen wird, ist das Endklinkensystem 2, 15 vorgesehen.
Sobald der Einschaltvorgang so weit erfolgt ist, daß die Endklinke 2 hinter die
Endklinke, 15 bei 2,1 tritt, vermag die 1,:hidlclinlre 15 die zurückdrehenden Kräfte
nach Aufhören, der Einschaltkraft aufzunehmen. In diesem Ruhezustand der Ein-Stellung
entsteht an den Klinkenflächen Zi eine Haltekraft: Ph" die dem Einschaltdrehmoment
verhältnisgleich ist. Die Kraft Ph sucht die Endklinke 2 im Uhrzeigerdrehsinn zu
drehen. Über die Verzahnung der E.hdklinke, 2 mit :der Mitnehmerklinke 4 wird das
Drehmoment der Endklinke schließlich über die Schaltklinke 14 auf :den Schaltfinger
13 übertragen, so daß also auch hier der Kraft.schluß vollzogen ist und -der Schalter
nicht in die Aus-Stellung zurückdrehen kann.
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Um auszuschalten, muß .das Schloß ausgelöst werden. Das erfolgt durch
Drehen der Auslöseklinke 8 im Uhrzeigerdrehsinn. Dabei wind auch die abgeflachte
Welle g mitgedreht, und die Klinkennase 2o gleitet ab-. Damit ist aber -das Kräftegleichgewicht
im Schloß gestört. Die Kraft PE vermag,die Mitnehmerklinke 4 zu drehen:, wobei .das
Kniehebelpaar io, io einknickt und die Schaltklinke 14 über seine Eingriffslinie
abrollt. Über die Verzahnung zwischen der Mitnehmerklinke 4. und,der Endklinke 2
wird auch diese gedreht und zwangsläufig die Verklinkung bei 2ii gelöst. Die Lage
:der Klinken im Schloß, die sich hieraus ergibt, zeigt die Fig. 2.
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Sobald .die Schaltklinke 14 außer Eingriff gelangt, fällt der Schaltfinger
13 und mit ihr der Schialter in die Aus-Stellung zurück. Das Schloß mit seinen Klinken
folgt dieser Bewegung nach. Infolge seines Eigendrehmoments im Aus-Schaltdrehsinn
verklinkt es sich mit -dem Schaltfinger selbst, so daß es damit in die Bereitschaft
kommt, den Schalter zu einer neuen Einschaltung mi.tzunehmen. Bei der erwähnten
Wiedervenklinkung in der Aazs-Lage .drückt die Zahnflanke; 22 (Fig. 2) gegen die
Schaltklinke 14. Dabei wird an der Mitnehmerklinke 4 ein Drehmoment im Uhrzeigerdrehsin.n
erzeugt; der Kniehebel io, io wird gestreckt, und die Mittelklinke 6 wird wieder
in ihre Abstützlage bei 2o zurückgeführt (Fig. i).
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Die Auslöseklinkedreht sich unter der Wirkung einer nicht gezeichneten
Feder sofort in die Ein-Idinks.bellun.g zurück, sobald der Angriff- einer Aus-Iösekraft
an ihr aufgehört hat.
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Die die Verklinkung des Schlosses lösenden Kräfte wirken nach der
vorangegangenen Beschreibung bei icg und 2o (Fig. i). Bei 2o wirkt
eine
gleitende Kraft PJ@), wobei @o den Reibungskoeffizient bedeutet; er ist infolge
der starken Untersetzung sehr klein.
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Bei ig wirkt unmittelbar die Kraft Fr, :deren Größe direkt vom Einschal.tdrehrnoment
des Schalters bestimmt wird, während. bei den bisher üblichen Konstruktionen die:
Entklinkung einfach durch Abgleiten ,der Verklinkungsflächen voneinander erfolgte,
wird gemäß der .Erfindung an den Stellen der größten Beanspruchung ein Abrollen
der Verklinkungsflächen erzwungen.
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Die Schaltklinke i¢ rollt beim Her.ausgleiten auf der Zahnflanke i9
nach Art einer Innenverzahnung ab, wobei die Eingriffslinie eine Evolvente darstellt.
Zugleich rollen die Zähne der Verklinlzung zwischen den Klinken. 2 und :1. aufeinarider
ab und heben dabei zwangsläufig die Verklinkung bei 21 auf, wobei die Klinkenflächen
infolge der zwangsweisen Führung durch die Verzahnung voneinander abgehoben werden.
Nach der Entklinkung gleitet wohl die Schaltklinke mit ihrem Kopfkreis :an der Fläche
23 der Mitnehmerkl:inke entlang (Fig. -2), aber ohne; jede Last. Die Entlastung
erfolgt noch auf der Eängriffslinie :der Zahnflanken.
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Die Lösung der Verklin;kung zwischen. -den Endklinken 2 und 15 spielt
sich folgendermaßen ab: Sobald nach Auflösung :des Schlosses der Schaltfinger sich
in Aus-Richtung in Bewegung setzt, wird infolge der gegenseitigen Verzahnung zugleich
mit der Mitnehmerklinke q. die Endklinkle 2 gedreht, und, zwar dreht sich die Klinke
2 im U hrzeigerdrehsinn. Hierbei wird die Klinkenfläche2i an der Klinke 2 von ihrem
Auflager abgehoben. Sie wird also entlastet. Die Klinke i.2 würde sich von der Klinke
15 wegbewegen, wenn nicht das ganze Schloß mit allen Klinken, angetrieben von der
Schaltklinke 13, in demselben -Maße nachfolgen würde. Dieses Nachfolgen tritt nicht
ein, wenn das Schloß im Handgriff festgehalten wird. was z. B. beim Handeinschalten
auf Überstrom imitier der Fall sein wird. Mit der Drehung Ader Klinke -2 wird die
Klinkenüberdeckung stetig kleiner, bis der Abrutsch erfolgt. Bevor dieser eintritt,
ist .jedoch die Schaltklinke bereits aus ihrer Verklinkung mit dem Schaltfinger
gelöst. Die Schalterwelle dreht sich frei in. Aus-Richtung weiter und läßt :das
Schloß dabei hinter sich zurück. Die Ausschaltung geht also unabhängig davon vor
sich, ob das Schloß am Handgriff des Schalters festgehalten wird oder nicht. Wird
eis nicht gehalten, so folgt es nach dem Abrutsch der Klinkenflächen 2 der Drehung
der Schalterwelle nach. Die Lösung der Verklinkung der Klinkenfläche 21 geht also
ohne nennenswerte Reibungsarbeit an :den Abrutschflächen vor sich, denn während
des Abgleitens der Flächen tritt mittels der Verzahnung und zwangsläufigen. Wegbewegung
der Auflagefläche eine völlige Entlastung vom Auflagedruck ein. Nach der Ausklinkung
-der Schaltklinke ist das Schloß ohnehin entlastet.