EP0255483B1 - Schaltmechanismus eines Schutzschalters - Google Patents

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EP0255483B1
EP0255483B1 EP19870810418 EP87810418A EP0255483B1 EP 0255483 B1 EP0255483 B1 EP 0255483B1 EP 19870810418 EP19870810418 EP 19870810418 EP 87810418 A EP87810418 A EP 87810418A EP 0255483 B1 EP0255483 B1 EP 0255483B1
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EP
European Patent Office
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switching mechanism
contact part
movable contact
lever
release lever
Prior art date
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EP19870810418
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English (en)
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EP0255483A3 (en
EP0255483A2 (de
Inventor
Arthur Rusch
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Weber AG
Original Assignee
Weber AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/50—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/52—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by lever
    • H01H71/526—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by lever the lever forming a toggle linkage with a second lever, the free end of which is directly and releasably engageable with a contact structure

Definitions

  • the invention relates to a switching mechanism of a circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • Such a switching mechanism is e.g. known from DE-A-3516217.
  • a circuit breaker is described there (FIG. 1), with a pair of separable contacts 16, 18, at least one of which is movable.
  • the actuating mechanism 34 consists of a locking element 44 and an articulated lever mechanism 58.
  • the locking element 44 is rotatably mounted on the movable contact arm 36.
  • the articulated lever mechanism 58 is connected at one end to an actuating part 32, and at its other end is directly engageable with the movable contact arm 36 and with the locking element 44.
  • the movable contact arm 36 has a locking surface 72, and the locking element 44 has a locking end 82 which, together with the locking surface 72, removably catches the other end of the articulated lever mechanism 58.
  • a stop surface 75 is formed on the movable contact arm 36, which prevents movement of the other end 68 of the articulated lever mechanism 58 beyond a point at which the articulated lever mechanism 58 is partially folded over when the contacts 16, 18 are welded together.
  • the switching mechanism described above has the major disadvantage that the locking surface 72 is designed such that the resulting force of the articulated lever mechanism 58 on the movable contact arm 36 is greatest when the contacts 16 and 18 are just touching when switched on. The distance between the piston 30 of the electromagnetic switching device 26 and the movable contact arm 36 is then the smallest. If the circuit breaker is switched on while there is a short circuit on the subsequent electrical lines, a greater force is required to trigger the switch. There is therefore a risk that the switch will not trip. To prevent this, the trigger force should be small with a small trigger stroke and larger with a larger trigger stroke. The trigger stroke is to be understood as the distance between the piston 30 and the locking element 44.
  • the object of the invention is now, in a switching mechanism of the aforementioned type, to improve the interaction of the toggle lever and release lever in such a way that the circuit breaker is triggered with less force when switched on during a short circuit than with a short circuit in the switched on state.
  • This object is achieved in a switching mechanism of the above type by the features of patent claim 1.
  • the invention is based on the knowledge that only an exact coordination of the forces acting on the switching mechanism ensures an optimal function of the circuit breaker under all conditions.
  • the stroke of the impact anchor - i.e. the total kinetic energy released by the impact anchor can therefore be significantly lower than with conventional circuit breakers.
  • An additional advantage of the invention is the automatic construction of the switching mechanism.
  • the individual parts of the switching mechanism are manufactured in such a way that the circuit breaker can be manufactured in assemblies by production machines. For example, no additional guidance for the toggle lever is required in the switch housing, since it is constantly surrounded by the movable contact part.
  • the guide bracket and the guide in the bottom part of the housing ensure that the switching mechanism does not tilt even during assembly.
  • a part of a circuit breaker is shown, in which the contact parts just touch.
  • the switching mechanism 1 is housed in a housing 2.
  • the contact device of the circuit breaker consists of a movable contact part 3 and a fixed contact part 4.
  • the movable contact part 3 is pressed away from the fixed contact part 4 by a contact spring 5.
  • the contact spring 5 is a leg spring with two longer ends. One end lies directly on the narrow side of the housing 2, and the other end is guided into a hole which is located on the top of the movable contact part 3.
  • An actuator 6 - here a rocker arm - is brought into the switched-off state by a helical return spring 7.
  • the actuator 6 is connected to the movable contact part 3 via a toggle lever 8.
  • the toggle lever 8 is a U-shaped bracket, which can be designed as a variant of an almost closed rectangle, and which is guided through a slot 9 in the upper part of the movable contact part 3.
  • a release lever 10 is rotatably connected to the movable contact part 3.
  • a compression spring 11 is provided between the lower end of the release lever 10 and the movable contact part 3.
  • the trigger lever 10 is branched at the top, the right end being provided with a nose which normally holds the knee lever 8 trapped in the slot 9 at the top.
  • Approximately identical holes are located in the middle of the movable contact part 3 and the trigger lever 10.
  • One leg of a U-shaped guide bracket 12 forms the axis of rotation and is inserted through the holes.
  • the other leg is from a guide 13 is enclosed in the bottom part of the housing 2 (cf. also FIG. 1a).
  • a strand 16 connects the movable contact part 3 to the thermal release 15.
  • a stop 17 in the housing at the level of the upper end of the movable contact part 3 limits the opening of the contact.
  • Fig. 1a is a cross section of the circuit breaker along the line A-A in Fig. 1.
  • the same reference numerals have been used for the same elements.
  • the movable contact part 3 consists of two parallel parts which are connected to one another on the rear side.
  • the release lever 10 is arranged in between.
  • FIGS. 2 and 3 The same circuit breaker is shown in FIGS. 2 and 3, in the switched-on and in the switched-off state.
  • Fig. 3 the arrangement of the actuating member 6 and the toggle lever 8 is indicated by a dashed line when released. This is the case when the actuator 6 is blocked in the switched-on state and a short circuit or overcurrent occurs.
  • the kinetic energy of the impact anchor 14, which is dependent on the release stroke B, is low when the force to be overcome is small, and greater when this force is greater. This means that the circuit breaker switches off just as well when switched on during a short circuit as when a short circuit is switched on.
  • the above construction of the individual parts of the switching mechanism 1 is particularly advantageous for automatic production of the circuit breaker. Since in particular - apart from the guide 13 - no further guides are necessary in the housing, the movable contact part 3, the release lever 10, the compression spring 11, the guide bracket 12, the toggle lever 8 and the actuating member 6 can be assembled as the first assembly in production. The switching mechanism 1 constructed in this way can then be pushed into the housing 2 relatively easily. The remaining manipulations can be carried out with the housing open without any aids, since the guide bracket 12 prevents the switching mechanism 1 from being tilted by the contact spring 5.

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  • Breakers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus eines Schutzschalters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein solcher Schaltmechanismus ist z.B. bekannt aus DE-A-3516217. Dort ist ein Schaltungsunterbrecher beschrieben (Fig. 1), mit einem Paar von trennbaren Kontakten 16, 18 von denen mindestens einer beweglich ist. Der Betätigungsmechanismus 34 besteht aus einem Verriegelungselement 44 und einem Gelenkhebelmechanismus 58. Das Verriegelungselement 44 ist drehbar am beweglichen Kontaktarm 36 montiert. Der Gelenkhebelmechanismus 58 ist an seinem einen Ende mit einem Betätigungsteil 32 verbunden, und ist an seinem anderen Ende direkt mit dem beweglichen Kontaktarm 36 und mit dem Verriegelungselement 44 in Eingriff bringbar. Der bewegliche Kontaktarm 36 hat eine Verriegelungsfläche 72, und das Verriegelungselement 44 hat ein Verriegelungsende 82, das zusammen mit der Verriegelungsfläche 72 das andere Ende des Gelenkhebelmechanismus 58 lösbar einfängt. Am beweglichen Kontaktarm 36 ist eine Anschlagfläche 75 ausgebildet, die eine Bewegung des anderen Endes 68 des Gelenkhebelmechanismus 58 über einen Punkt hinaus verhindert, bei dem der Gelenkhebelmechanismus 58 teilweise umgeklappt ist, wenn die Kontakte 16, 18 miteinander verschweisst sind.
  • Der oben beschriebene Schaltmechanismus hat den grossen Nachteil, dass die Verriegelungsfläche 72 derart ausgebildet ist, dass die resultierende Kraft des Gelenkhebelmechanismus 58 auf den beweglichen Kontaktarm 36 am grössten ist, wenn die Kontakte 16 und 18 sich beim Einschalten gerade berühren. Der Abstand zwischen dem Kolben 30 der elektromagnetischen Schalteinrichtung 26 und dem beweglichen Kontaktarm 36 ist just dann am geringsten. Wird der Schutzschalter eingeschaltet, währenddessen ein Kurzschluss auf den nachfolgenden elektrischen Leitungen besteht, so wird eine grössere Kraft benötigt um den Schalter auszulösen. Es besteht deshalb die Gefahr, dass der Schalter nicht auslöst. Um dies zu verhindern, soll die Auslösekraft klein sein bei einem geringen Auslösehub und grösser bei einem grösseren Auslösehub. Unter Auslösehub ist der Abstand zwischen dem Kolben 30 und dem Verriegelungselement 44 zu verstehen.
  • Ein anderer Nachteil des beschriebenen Schaltmechanismus ist das Ausklinken des Gelenkhebelmechanismus 58 (Fig. 3). Für den einwandfreien Betrieb sind zusätzliche Führungen auf der Rückwand des Gehäuses notwendig. Zudem ist die Form der Einzelteile recht aufwendig und es braucht spezielle Hilfsmittel bei der Montage des Schutzschalter. Unter anderem soll verhindert werden, dass der Schaltmechanismus infolge der Zugfeder 56 (Fig. 1) verkantet. Die Herstellung des Schutzschalters kann daher nur manuell geschehen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einem Schaltmechanismus der vorgenannten Art, das Zusammenwirken von Kniehebel und Auslösehebel so zu verbessern, dass der Schutzschalter beim Einschalten während eines Kurzschlusses mit weniger Kraft ausgelöst wird, als bei einem Kurzschluss im eingeschalteten Zustand. Diese Aufgabe wird bei einem Schaltmechanismus der obigen Art gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass erst eine genaue Abstimmung der Kräfte,die auf den Schaltmechanismus wirken, eine optimale Funktion des Schutzschalters unter allen Bedingungen gewährleistet. Der Auslösehub des Schlagankers - d.h. die gesamte kinetische Energie, die vom Schlaganker freigegeben wird - kann dadurch wesentlich geringer sein als bei den herkömmlichen Schutzschaltern.
  • Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist der automatengerechte Aufbau des Schaltmechanismus. Die Einzelteile des Schaltmechanismus sind so angefertigt, dass der Schutzschalter baugruppenweise von Fertigungsautomaten hergestellt werden kann. Beispielsweise braucht es im Schaltergehäuse keine zusätzliche Führung für den Kniehebel, da er ständig vom bewegbaren Kontaktteil umfasst wird. Der Führungsbügel und die Führung im Bodenteil des Gehäuses gewährleisten, dass der Schaltmechanismus auch während der Montage nicht verkantet.
  • Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus der nachstehenden Beschreibung. Dort wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispieles näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    einen Ausschnitt eines Schutzschalters mit einem Schaltmechanismus, bei dem die Kontaktteile sich gerade berühren,
    Fig. 1a
    einen Querschnitt des Schutzschalters nach Fig. 1 gemäss der Linie A-A,
    Fig. 2
    einen Ausschnitt des Schutzschalters wie in Fig. 1, jedoch in eingeschaltetem Zustand, und
    Fig. 3
    einen Ausschnitt des Schutzschalters wie in Fig. 1, jedoch in ausgeschaltetem Zustand.
  • In Fig. 1 ist ein Teil eines Schutzschalters gezeigt, bei dem die Kontaktteile sich gerade berühren. Der Schaltmechanismus 1 ist in einem Gehäuse 2 untergebracht. Die Kontaktvorrichtung des Schutzschalters besteht aus einem bewegbaren Kontaktteil 3 und einem festen Kontaktteil 4. Der bewegbare Kontaktteil 3 wird von einer Kontaktfeder 5 von dem festen Kontaktteil 4 weggedrückt. Die Kontaktfeder 5 ist eine Schenkelfeder mit zwei längeren Enden. Das eine Ende liegt direkt an der Schmalseite des Gehäuses 2, und das andere Ende ist in ein Loch geführt, das sich oben am bewegbaren Kontaktteil 3 befindet. Ein Betätigungsorgan 6 - hier ein Kipphebel - wird von einer schraubenförmigen Rückstellfeder 7 in den ausgeschalteten Zustand gebracht. Das Betätigungsorgan 6 ist über einen Kniehebel 8 mit dem bewegbaren Kontaktteil 3 verbunden. Der Kniehebel 8 ist ein u-förmiger Bügel, der als Variante zu einem fast geschlossenen Rechteck ausgebildet sein kann, und der durch einen Schlitz 9 im oberen Teil des bewegbaren Kontaktteils 3 geführt ist. Ein Auslösehebel 10 ist drehbar mit dem bewegbaren Kontaktteil 3 verbunden. Zwischen dem unteren Ende des Auslösehebels 10 und dem bewegbaren Kontaktteil 3 ist eine Druckfeder 11 vorgesehen. Oben ist der Auslösehebel 10 verzweigt, wobei das rechte Ende mit einer Nase versehen ist, die den Kniehebel 8 im Normalfall oben im Schlitz 9 gefangenhält. Etwa in der Mitte des bewegbaren Kontaktteils 3 und des Auslösehebels 10 befinden sich deckungsgleiche Bohrungen. Der eine Schenkel eines u-förmigen Führungsbügels 12 bildet die Drehachse und ist durch die Bohrungen gesteckt. Der andere Schenkel ist von einer Führung 13 im Bodenteil des Gehäuses 2 eingefasst (vgl. auch Fig. 1a). Ein Schlaganker 14, der von einem - hier nicht dargestellten - Elektromagneten bewegt wird, und ein Thermo-Auslöser 15 wirken bei Kurzschluss oder bei Ueberstrom auf den Auslösehebel 10 ein. Eine Litze 16 verbindet der bewegbare Kontaktteil 3 mit dem Thermo-Auslöser 15. Ein Anschlag 17 im Gehäuse auf der Höhe des oberen Endes des bewegbaren Kontaktteils 3 beschränkt die Oeffnung des Kontaktes.
  • Fig. 1a ist ein Querschnitt des Schutzschalters gemäss der Linie A-A in Fig. 1. Es wurden dieselben Bezugszeichen für dieselben Elemente verwendet. Wie daraus ersichtlich, besteht der bewegbare Kontaktteil 3 aus zwei parallelen Teile, die auf der Rückseite miteinander verbunden sind. Dazwischen ist der Auslösehebel 10 angeordnet.
  • In den Figuren 2 und 3 ist derselbe Schutzschalter dargestellt, und zwar im eingeschalteten und im ausgeschalteten Zustand. In Fig. 3 ist strichliert die Anordnung des Betätigungsorgans 6 und des Kniehebels 8 bei Freiauslösung angedeutet. Dies ist der Fall, wenn das Betätigungsorgan 6 in eingeschaltetem Zustand blockiert ist, und ein Kurzschluss oder Ueberstrom auftritt.
  • In den Figuren 1 und 2 sind nun die Kräfte des Kniehebels 8 auf dem Auslösehebel 10 eingezeichnet. α ist der Winkel, der zwischen dem Kniehebel 8 und seiner Auflagefläche auf dem Auslösehebel 10 besteht, und der die resultierende Kraft in Richtung der Drehachse bestimmt. Mit B ist der Auslösehub des Schlagankers 14 angedeutet. Wie nun unmittelbar aus diesen Figuren folgt, ist der Winkel α - und somit die Auflagekraft auf die Verklinkung - beim Berühren der Kontaktteile 3 und 4 (Fig. 1) klein. Auch der Auslösehub B des Schlagankers 14 ist dort gering. Im eingeschalteten Zustand (Fig. 2) sind der Winkel α, die resultierende Kraft und der Auslösehub B grösser. Daher ist die kinetische Energie des Schlagankers 14, die vom Auslösehub B abhängig ist, gering, wenn die zu überwindende Kraft gering ist, und grösser, wenn diese Kraft grösser ist. Das bedeutet, dass der Schutzschalter beim Einschalten während eines Kurzschlusses genauso gut abschaltet, wie bei einem Kurzschluss im eingeschalteten Zustand.
  • Es hat sich nun gezeigt, dass die obige Konstruktion der Einzelteile des Schaltmechanismus 1 besonders vorteilhaft ist für eine automatische Fertigung des Schutzschalters. Da insbesondere - ausser der Führung 13 - keine weitere Führungen im Gehäuse notwendig sind, können der bewegbare Kontaktteil 3, der Auslösehebel 10, die Druckfeder 11, der Führungsbügel 12, der Kniehebel 8 und das Betätigungsorgan 6 als erste Baugruppe in der Fertigung zusammengesetzt werden. Der derart aufgebaute Schaltmechanismus 1 kann dann verhältnismässig einfach in das Gehäuse 2 eingeschoben werden. Die übrigen Manipulationen können bei offenem Gehäuse ohne jedwelche Hilfsmittel ausgeführt werden, da der Führungsbügel 12 verhindert, dass der Schaltmechanismus 1 nicht mehr von der Kontaktfeder 5 verkantet werden kann.

Claims (6)

  1. Schaltmechanismus (1) eines Schutzschalters mit
    - einer Kontaktvorrichtung, bestehend aus einem bewegbaren und einem festen Kontaktteil (3,4),
    - einer Kontaktfeder (5),
    - einem Betätigungsorgan (6) mit einer Rückstellfeder (7),
    - einem Auslösehebel (10), auf den ein Schlaganker (14) eines Elektromagneten sowie ein Thermo-Auslöser (15) einwirken, und
    - einem Kniehebel (8), der mit einem Ende am Betätigungsorgan (6) angelenkt ist,
    - wobei der bewegbare Kontaktteil (3) und der Auslösehebel (10) federnd gegeneinander abgestützt sind und ein Schaltschloss bilden, in welchem das andere Ende des Kniehebels unter Auflage auf einer Auflagefläche des Auslösehebels (10) verklinkbar ist, und
    - wobei der den Auslösehub des Schlagankers (14) bestimmende Abstand zwischen diesem und dem Auslösehebel (10) geringer ist, wenn beim Einschalten der feste und der bewegliche Kontaktteil gerade in Berührung kommen als im voll eingeschalteten Zustand,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Auflagewinkel (α), unter welchem der Kniehebel (8) im verklinkten Zustand auf der Auflagefläche des Auslösehebels (10) aufleigt, kleiner ist, wenn beim Einschalten der feste (4) und der bewegliche (3) Kontaktteil gerade in Berührung kommen als im voll eingeschalteten Zustand.
  2. Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Kniehebels (8) in einem Schlitz (9) am oberen Ende des bewegbaren Kontaktteiles (3) geführt ist.
  3. Schaltmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebel (8) aus einem u-förmigen Bügel oder einem fast geschlossenen Rechteck besteht.
  4. Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Führungsbügel (12) vorgesehen ist, dessen eine Schenkel die Drehachse des bewegbaren Kontaktteils (3) bildet, und dessen andere Schenkel von einer Führung (13) im Gehäuse eingefasst ist.
  5. Schaltmechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (5) eine Schenkelfeder ist, deren eine Ende gegen die Seitenwand des Schaltergehäuses (2) und deren andere Ende gegen den bewegbaren Kontaktteil (3) drückt.
  6. Schaltmechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gegennzeichnet, dass zwischen dem bewegbaren Kontaktteil (3) und dem Auslösehebel (10) eine Druckfeder (11) vorgesehen ist.
EP19870810418 1986-07-25 1987-07-27 Schaltmechanismus eines Schutzschalters Expired - Lifetime EP0255483B1 (de)

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EP0255483A2 EP0255483A2 (de) 1988-02-03
EP0255483A3 EP0255483A3 (en) 1989-12-13
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DE3784582D1 (de) 1993-04-15
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