EP0454963B1 - Schaltmechanismus für Niederspannungsschaltgeräte - Google Patents

Schaltmechanismus für Niederspannungsschaltgeräte Download PDF

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EP0454963B1
EP0454963B1 EP91102890A EP91102890A EP0454963B1 EP 0454963 B1 EP0454963 B1 EP 0454963B1 EP 91102890 A EP91102890 A EP 91102890A EP 91102890 A EP91102890 A EP 91102890A EP 0454963 B1 EP0454963 B1 EP 0454963B1
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EP
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lever
switching
switching mechanism
contacts
mechanism according
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EP91102890A
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Johannes Dipl.-Ing. Becker
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Felten and Guilleaume Energietechnik AG
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Felten and Guilleaume Energietechnik AG
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/046—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H using snap closing mechanisms
    • H01H2300/048—Snap closing by latched movable contact, wherein the movable contact is held in a minimal distance from the fixed contact during first phase of closing sequence in which a closing spring is charged

Definitions

  • the invention relates to a switching mechanism for low-voltage switching devices according to the preamble of claim 1.
  • Such a switching mechanism for actuating the electrical contacts of a switching device is already known (DEP 35 08 110).
  • the switching mechanism described there has a locking member, which has the task of locking the switching contacts shortly before touching them.
  • the preloaded locking element holds a switching axis, which establishes the transmission to the switching contacts of the switching device, via a disk up to a selectable switch-on force on the switching knob.
  • energy is stored by elastic deformation of the switching elements between the switching knob and the switching axis.
  • the pretensioned locking element is deflected and the disk of the switching axis rolls on a circular contour of the locking element.
  • the disk comes out of the engagement of the blocking element and the switching axis swings in the switching-on direction and thus causes the switching contacts of the switching device to switch on suddenly.
  • This switching mechanism is intended for use in conventional residual current circuit breakers. The further development, however, is that the residual current circuit breakers are reduced, which means that less space is available for the switching mechanism than before.
  • the invention is based on the object of developing a switching mechanism for a residual current circuit breaker which can be accommodated in a predetermined small space and which meets all requirements with regard to switching capacity, service life and climate stability.
  • the advantages achieved by the invention are that an extremely space-saving switching mechanism has been created, which can be used in various switches, but particularly in residual current circuit breakers. In addition to its reliability, it should also be mentioned that it is inexpensive to manufacture.
  • the force transmitted from the contacts via the connecting plate, the plate, and the rocker arm to the release lever is partially offset by a corresponding, counteracting torque which is exerted by the torsion spring on the release lever (Claim 4).
  • the degree of force compensation can be designed so that the uncompensated part of the force is still sufficient to overcome the frictional forces of the individual parts and to ensure triggering.
  • the force acting for the release from the axle for a return plate can be minimized and a tripping relay with relatively little force can be used.
  • this reset plate After switching off by the trigger relay, this must be reset to the starting position. This is advantageously done by a reset plate, which is rotatably mounted on an axis and is rotated clockwise by the end of the connecting tab in the switch-off position of the switching mechanism, a lever of the reset plate pressing on the pin of the trigger relay and resetting it.
  • the return plate is made of elastic sheet metal, so that the levers act as leaf springs (claims 5 and 6). These leaf springs are dimensioned so that they deform plastically at a force that is higher than the necessary restoring force.
  • this reset plate can be manufactured with an oversize. When it is operated for the first time, it is adapted to the actual installation conditions by plastic deformation. This ensures that the trip relay is completely reset and is not subjected to an unnecessarily high force.
  • the residual current circuit breaker can be switched on and off manually by a switching lever 1 .
  • the shift lever 1 is connected to a toggle lever system which consists of a spring member 2 , a bracket 3 and a connecting bracket 4 .
  • the toggle lever system has a common axis 5 which is arranged to be movable.
  • a contact shaft 6 is connected, which carries a movable contact 7 , to which a fixed contact 8 belongs.
  • a locking device is connected to the shift lever 1 , which consists of a short lever 9 and a long lever 10 . Both levers have a common axis 11 .
  • the short lever 9 is connected directly to the central axis of the shift lever 1 , while the free end of the long lever 10 corresponds to the common axis 5 of the toggle lever system, for which purpose the long lever 10 is provided with an elongated hole 15 at this point.
  • a trigger lever 16 and a reset plate 18 are for triggering and a pawl 22 is provided.
  • a trigger relay 20 responds, the reset plate 18 and the pawl 22 rotate counterclockwise.
  • the reset plate 18 and the pawl 22 are pivotable about an axis 19 .
  • a rocker arm 14 can also rotate, as a result of which the toggle lever system causes the contacts 7 and 8 to open.
  • the trigger lever 16 is provided with a torsion spring 17 . All parts, including the trigger relay 20 , but without the contact shaft 6 and contacts 7, 8 are housed in a switch lock 21 .
  • the mechanism of operation of the switching mechanism is as follows:
  • the switching lock 21 has a quick switch-on with a path-dependent locking device.
  • the levers 9 and 10 form with the axis 11 a toggle lever system in a dead center position.
  • the toggle lever system consisting of the spring member 2 , the bracket 3 and the connecting bracket 4 is locked in a position in which no contact has yet been made.
  • a compression spring of the longitudinally collapsible spring member 2 is tensioned until the projection 12 of the shift lever 1 touches the projection 13 of the short lever and the lever system with the levers 9 and 10 continues to move until it exceeds the dead center position in the stretched position swells and the knee lever system 2, 3 and 4 suddenly releases.
  • the contacts 7, 8 are closed suddenly.
  • Tripping takes place via the release lever 16 , the reset plate 18 and the pawl 22.
  • the trigger relay 20 responds , the reset plate 18 and the pawl 22 are rotated counterclockwise.
  • the projection 23 of the pawl 22 releases the release lever 16 , which can now turn counterclockwise and by turning the rocker arm 14 clockwise, the toggle lever system 2, 3 and 4 can move to the left and the contact shaft 6 goes as shown in FIG. 4 in the off position.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus für Niederspannungsschaltgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein derartiger Schaltmechanismus zur Betätigung der elektrischen Kontakte eines Schaltgeräts ist bereits bekannt (DEP 35 08 110). Der dort beschriebene Schaltmechanismus weist ein Sperrglied auf, das die Aufgabe hat, die Schaltkontakte kurz vor der Berührung zunächst zu sperren. Das vorgespannte Sperrglied hält eine Schaltachse, die die Übertragung zu den Schaltkontakten des Schaltgeräts herstellt, über eine Scheibe bis zu einer wählbaren Einschaltkraft am Schaltknebel. Mit dem Erhöhen der Einschaltkraft am Schaltknebel wird Energie durch elastische Verformung der Schaltglieder zwischen dem Schaltknebel und der Schaltachse gespeichert. Nach überwinden der Einschaltkraft wird das vorgespannte Sperrglied ausgelenkt und die Scheibe der Schaltachse rollt sich auf einer kreisförmigen Kontur des Sperrglieds ab. Mit entsprechender Auslenkung des vorgespannten Sperrglieds kommt die Scheibe aus dem Eingriff des Sperrglieds heraus und die Schaltachse schnellt in Einschaltrichtung und bewirkt somit ein sprunghaftes Einschalten der Schaltkontakte des Schaltgeräts. Dieser Schaltmechanismus ist für den Einsatz in herkömmlichen Fehlerstromschutzschaltern vorgesehen. Die weitere Entwicklung geht jedoch dahin, daß die Fehlerstromschutzschalter verkleinert werden, womit auch für den Schaltmechanismus weniger Platz als bisher zur Verfügung steht.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schaltmechanismus für einen Fehlerstromschutzschalter zu entwickeln, der auf einem vorgegebenen kleinen Raum untergebracht werden kann und dabei allen Anforderungen bezüglich Schaltleistung, Lebensdauer und Klimafestigkeit gerecht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Kombination von konstruktiven Merkmalen gelöst.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß ein äußerst platzsparender Schaltmechanismus geschaffen wurde, der sich in verschiedenen Schaltern, besonders aber in Fehlerstromschutzschaltern einsetzen läßt. Neben seiner Zuverlässigkeit ist noch seine kostengünstige Herstellung zu erwähnen.
  • Vorteilhafte Aus-und Weiterbildungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • So ist es von Vorteil, daß bei dem vorliegenden Schaltmechanismus die von den Kontakten über die Verbindungslasche, die Lasche, und den Kipphebel auf den Auslöshebel übertragene Kraft teilweise durch ein entsprechendes, entgegenwirkendes Drehmoment, welches von der Drehfeder auf den Auslösehebel ausgeübt wird, aufgehoben wird (Anspruch 4). Das Maß der Kraftkompensation kann dabei so ausgelegt sein, daß der nichtkompensierte Teil der Kraft noch ausreicht, um die Reibungskräfte der einzelnen Teile zu überwinden und ein Auslösen sicher zu stellen. Somit kann die für die Entklinkung an der Achse für ein Rückstellblech wirkende Kraft minimiert werden, und es kann ein Auslöserelais mit relativ wenig Kraft eingesetzt werden.
  • Nach einer Ausschaltung durch das Auslöserelais muß dieses in die Ausgangsposition zurückgestellt werden. Dies geschieht vorteilhafterweise durch ein Rückstellblech, welches drehbar auf einer Achse gelagert ist und in der Ausschaltposition des Schaltmechanismus durch das Ende der Verbindungslasche im Uhrzeigersinn gedreht wird, wobei ein Hebel des Rückstellbleches auf den Stift des Auslöserelais drückt und dieses zurückstellt. Das Rückstellblech ist aus elastischem Blech gefertigt, sodaß die Hebel als Blattfedern wirken (Ansprüche 5 und 6). Diese Blattfedern sind dabei so bemessen, daß sie sich bei einer Kraft, die höher als die nötige Rückstellkraft ist, plastisch verformen. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen kann dieses Rückstellblech mit einem übermaß gefertigt werden, bei der erstmaligen Betätigung wird es durch plastische Verformung den tatsächlichen Einbauverhältnissen angepaßt. Hiermit ist sichergestellt, daß das Auslöserelais vollständig zurückgestellt wird und nicht mit einer unnötig hohen Kraft beaufschlagt wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Schaltmechanismus für einen Fehlerstromschutzschalter in Ausschaltstellung, in Seitenansicht
    Fig. 2
    diesen Schaltmechanismus in Sperrstellung, in Seitenansicht
    Fig. 3
    diesen Schaltmechanismus in Einschaltstellung, in Seitenansicht
    Fig. 4
    diesen Schaltmechanismus in Ausschaltstellung nach Auslösung durch einen Fehlerstrom, in Seitenansicht.
  • Nach den Figuren 1 bis 4 kann der Fehlerstromschutzschalter durch einen Schalthebel 1 von Hand ein- und ausgeschaltet werden. Hierzu ist der Schalthebel 1 mit einem Kniehebelsystem verbunden, das aus einem Federglied 2, einer Lasche 3 und einer Verbindungslasche 4 besteht. Das Kniehebelsystem besitzt eine gemeinsame Achse 5, die beweglich angeordnet ist. Mit der Verbindungslasche 4 ist eine Kontaktwelle 6 verbunden, die einen beweglichen Kontakt 7 trägt, zu welchem ein fester Kontakt 8 gehört.
  • Ferner ist mit dem Schalthebel 1 eine Sperreinrichtung verbunden, die aus einem kurzen Hebel 9 und einem langen Hebel 10 besteht. Beide Hebel besitzen eine gemeinsame Achse 11. Der kurze Hebel 9 ist direkt mit der Mittelachse des Schalthebels 1 verbunden, während das freie Ende des langen Hebels 10 mit der gemeinsamen Achse 5 des Kniehebelsystems korrespondiert, wozu der lange Hebel 10 an dieser Stelle mit einem Langloch 15 versehen ist.
  • Für die Auslösung sind ein Auslösehebel 16, ein Rückstellblech 18 und eine Klinke 22 vorgesehen. Sobald ein Auslöserelais 20 anspricht, erfolgt eine Drehung des Rückstellblechs 18 und der Klinke 22 entgegen dem Uhrzeigersinn. Hierdurch wird der Auslösehebel 16 freigegeben und dreht sich ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn. Das Rückstellblech 18 sowie die Klinke 22 sind um eine Achse 19 schwenkbar. Mit dem Drehen des Auslösehebels 16 kann sich auch ein Kipphebel 14 drehen, wodurch das Kniehebelsystem die Öffnung der Kontakte 7 und 8 veranlaßt. Der Auslösehebel 16 ist mit einer Drehfeder 17 versehen. Sämtliche Teile, einschließlich des Auslöserelais 20, jedoch ohne Kontaktwelle 6 und Kontakte 7, 8 sind in einem Schaltschloß 21 untergebracht.
  • Die Wirkungsweise des Schaltmechanismus ist folgende: Das Schaltschloß 21 hat eine Schnelleinschaltung mit einer wegabhängigen Sperreinrichtung. In der Ausschaltstellung nach Fig. 1 bilden die Hebel 9 und 10 mit der Achse 11 ein Kniehebelsystem in einer übertotpunktstellung. In der Sperrstellung nach Fig. 2 wird das aus dem Federglied 2, der Lasche 3 und der Verbindungslasche 4 bestehende Kniehebelsystem in einer Stellung, in der noch keine Kontaktberührung stattfindet, gesperrt. Bei weiterer Bewegung des Schalthebels 1 wird eine Druckfeder des in Längsrichtung zusammenschiebbaren Federgliedes 2 gespannt, bis der Vorsprung 12 des Schalthebels 1 den Vorsprung 13 des kurzen Hebels berührt und das Hebelsystem mit den Hebeln 9 und 10 weiter bewegt, bis es nach überschreiten der Totpunktlage in die gestreckte Lage schnellt und das Kniehebelsystem 2, 3 und 4 schlagartig frei gibt. Hierdurch werden die Kontakte 7, 8 schlagartig geschlossen.
  • Die Auslösung erfolgt über den Auslösehebel 16, das Rückstellblech 18 und die Klinke 22. Beim Ansprechen des Auslöserelais 20 werden das Rückstellblech 18 und die Klinke 22 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Dabei gibt der Vorsprung 23 der Klinke 22 den Auslösehebel 16 frei, der sich nun entgegen dem Uhrzeigersinn drehen kann und durch Drehen des Kipphebels 14 im Uhrzeigersinn kann sich das Kniehebelsystem 2, 3 und 4 nach links bewegen und die Kontaktwelle 6 geht gemäß Fig. 4 in Ausschaltstellung.
    • Bezugszeichenliste:
  • Figure imgb0001

Claims (7)

  1. Schaltmechanismus für Niederspannungsschaltgeräte, mit einem Schalthebel, der über ein Kniehebelsystem eine Kontaktwelle antreibt, und mit einem beweglichen und einem festen Kontakt bestehenden Kontaktsatz, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schalthebel (1) eine Sperreinrichtung verbunden ist, die aus einem kürzeren am Schalthebel (1) angelenkten Hebel (9) und einem mit diesem Hebel verbundenen längeren Hebel (10) besteht, der mit einer gemeisamen, beweglichen Achse (5) des Kniehebelsystems (2, 3, 4) korrespondiert, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Sperreinrichtung (9, 10) in Ausschaltstellung des Schalthebels (1) in übertotpunktstellung verbracht ist, daß bei Betätigen des Schalthebels (1) die Sperreinrichtung (9, 10) und ein mit dem Schalthebel (1) verbundenes Federglied (2) die gemeinsame Achse (5) des Kniehebelsystems (2, 3, 4) derart verschieben, daß die mit dem Kniehebelsystem (2, 3, 4) verbundene Kontaktwelle (6) den beweglichen Kontakt (7) berührungsfrei an den festen Kontakt (8) heranführt, daß bei weiterem Betätigen des Schalthebels (1) eine Feder des in Längsrichtung zusammenschiebbaren Federgliedes (2) so lange gespannt wird, bis ein Vorsprung (12) des Schalthebels (1) einen Vorsprung (13) des Hebels (9) tangiert und die Sperreinrichtung (9, 10) nach überschreiten der Totpunktstellung in eine gestreckte Lage gebracht und freigegeben wird und die Kontakte (7, 8) schlagartig geschlossen werden.
  2. Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kniehebelsystem aus dem Federglied (2), einer mit der Kontaktwelle (6) verbundenen Verbindungslasche (4) und einer Lasche (3) gebildet ist, die wiederum mit einem Kipphebel (14) korrespondiert.
  3. Schaltmechanismus nach einem Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der längere Hebel (10) an der Verbindungsstelle mit der gemeinsamen Achse (5) des Kniehebelsystems (2, 3, 4) ein Langloch (15) in Längsrichtung des Hebels (10) aufweist.
  4. Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslösehebel (16) mit einer Drehfeder (17) versehen ist, die so ausgelegt ist, daß sie die von den Kontakten (7, 8) über die Verbindungslasche (4), die Lasche (3) und den Kipphebel (14) auf den Auslösehebel (16) übertragene Kraft zum Teil durch ein entsprechendes, entgegenwirkendes Drehmoment aufhebt.
  5. Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit zwei Hebelarmen versehenes Rückstellblech (18) in der Ausschaltstellung durch das Ende der Verbindungslasche (4) derart auf einer Achse (19) drehbar ist, daß einer der Hebelarme den Stift eines Auslöserelais (20) eindrückt und zurückstellt.
  6. Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellblech (18) aus elastischem Blech gefertigt ist und sich durch plastische Verformung an die Einbaubedingungen anpaßt.
  7. Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile bis auf den Kontaktsatz in einem von zwei Platten eingefaßten Schaltschloß (21) derart eingesetzt sind, daß ein freier Raum mit dem Auslöserelais (20) ausgefüllt ist.
EP91102890A 1990-04-30 1991-02-28 Schaltmechanismus für Niederspannungsschaltgeräte Expired - Lifetime EP0454963B1 (de)

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