EP0956579B1

EP0956579B1 - Schaltgerät mit unterspannungs-hilfsauslöser

Info

Publication number: EP0956579B1
Application number: EP98906834A
Authority: EP
Inventors: Rainer Kreutzer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 2002-04-10
Anticipated expiration: 2018-01-22
Also published as: CN1241291A; CN1163934C; DE19703973C1; WO1998034260A1; EP0956579A1; JP3935508B2; JP2001509943A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät mit einem Schaltschloß zum Öffnen und Schließen von Hauptkontakten, mit einem voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalter und mit einem Betätigungselement, das zum Antrieb des Schaltschlosses und zum Schließen des Unterspannungs-Hilfsauslösers dient, der dabei voreilend einen zum Schaltschloß gehörenden Klinkenhebel in seine geschlossene Position bewegt, bevor der Einschaltvorgang über das Schaltschloß erfolgt.

Ein gattungsgemäßes Schaltgerät wird seit geraumer Zeit von Unternehmen der Elektroindustrie vertrieben. Der Unterspannungs-Hilfsschalter ist hier an das eigentliche Schaltgerät angekoppelt, um den Motor- bzw. Anlagenschutz bei Verwendung eines Leistungsschalters auch auf Spannungsausfall oder zu niedrige Spannung auszudehnen. Der Unterspannungs-Hilfsschalter ist im Prinzip ein Elektromagnet, der gegen eine Ausschaltfeder arbeitet. Letztere wird bei vorhandener Spannung vorgespannt und ermöglicht über eine Klaue die Schaltschloßverklinkung des Schaltgeräts. Bei Spannungsausfall öffnet die Ausschaltfeder mit der in ihr gespeicherten Federenergie mittels der Klaue die Schaltschloßverklinkung und das Schaltgerät öffnet den Stromkreis. Die Stromeinschaltung zur Vorspannung der Ausschaltfeder erfolgt über den Elektromagneten, d.h. den voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalter. Dabei stellt sich das Problem in der zeitlichen Abstimmung zwischen dem Schließen des Hilfsschalterkontakts und dem eigentlichen Einschaltvorgang des Schaltgeräts über das Schaltschloß. Bei Spannungsausfall und auch im AUS-Zustand des Schaltgeräts befindet sich die Schaltschloßverklinkung im geöffneten Zustand. Daher muß während des Einschaltvorgangs zunächst der Kontakt des Unterspannungs-Hilfsschalters geschlossen werden, damit die Schaltklaue zurückgezogen wird und überhaupt ein Zwischenhebel des Schaltschlosses an einem Klinkenhebel verklinkt werden kann. Dies bedeutet, daß der Zwischenhebel nur am geschlossenen Klinkenhebel gefangen werden kann, bevor der eigentliche Einschaltvorgang in die EIN-Stellung des Schaltgeräts erfolgt.

Das hierfür erforderliche Voreilen des Unterspannungs-Hilfsschalters wurde bisher durch einen Leerweg des Betätigungselements, z.B. ein Kipphebel- oder Knebelantrieb erreicht. Dabei wirkt das Betätigungselement des Schaltgeräts im ersten Teil seines Bewegungshubes nur auf die Schließmechanik des Unterspannungs-Hilfsschalters. Erst wenn dieser Kontakt geschlossen ist und damit die Verklinkbarkeit gewährleistet ist, greifen Mitnehmernasen in der Schaltschloßmechanik und schalten diese in den EIN-Zustand.

In der DE 195 26 591 A1 ist ein elektrischer Schalter mit einem Hauptstrompfad und mit einem eine Trennstelle aufweisenden Nebenstrompfad offenbart. Über einen Schalthebel ist sowohl das Schaltschloß des elektrischen Schalters als auch die Haupt- und Nebenkontaktstelle betätigbar. Im Schaltschloß wirken eine Ausschaltfeder und eine Zugfeder, deren Federkräfte derart optimiert sind, daß die Ausschaltfeder schwach gewählt werden kann, da sie bei geschlossenem Trennkontakt von der Zugfeder unterstützt wird. Bei geöffnetem Trennkontakt muß die Ausschaltfeder nur die Reibungskräfte der Trennkontaktstelle und dann noch die relativ geringe Hauptkontaktkraft überwinden.

Der DE 92 06 137 U1 ist ein Leistungsschalter mit einem Schaltschloß zu entnehmen, bei dem die Wirkungslinie einer Ausschaltfeder abhängig von der Schaltstellung verändert wird. Dadurch wird erreicht, daß in der AUS-Stellung sich bei einem großen Hebelarm ein großes Drehmoment ergibt und in der EIN-Stellung bei kleinem Hebelarm auf die Schaltwelle des Schaltschlosses ein relativ geringes Drehmoment wirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät der obengenannten Art zu schaffen, bei dem der Verlauf des Unterspannungs-Hilfsauslösers mit anschließender Verklinkung des Schaltschlosses auf einfache Weise realisiert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schaltschloß eine dem Betätigungselement in Wirkverbindung stehende Hebelmechanik, die einen Zwischenhebel zur Verklinkung am Klinkenhebel umfaßt, und eine erste und eine zweite auf den Zwischenhebel wirkende Federkraft aufweist, wobei die Summe der auf den Zwischenhebel wirkenden beiden Federkräfte in einer ersten Phase der Betätigung des Betätigungselements, in der der voreilende Unterspannungs-Hilfsschalter geschlossen wird, diesen an einem Anschlag hält und in einer anschließenden zweiten Betätigungsphase den Zwischenhebel vom Anschlag weg in die Verklinkungsposition am Klinkenhebel bewegt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Schaltschloß einen mit dem Betätigungselement in Wirkverbindung stehenden Steuerhebel, eine an diesem angreifende Zugfeder, einen durch Kraftübertragung der Zugfeder in seiner Stellung veränderbaren Winkelhebel sowie einen zwischen dem Winkelhebel und dem Klinkenhebel angeordneten Zwischenhebel aufweist, der in AUS-Stellung durch eine Kompensationsfeder an einem Anschlag in einer solchen Stellung gehalten wird, daß er beim Einschaltvorgang nach Bewegung des Klinkenhebels in seine geschlossene Stellung durch die Schaltschloßmechanik vom Anschlag weg in die Verklinkungsposition am Klinkenhebel bewegt wird. Dies stellt eine bisher nicht bekannte zusätzliche Funktion der Kompensationsfeder dar, die bei vergleichbaren Schaltschlössern normalerweise nur zur Reduzierung der Anlagekraft des Zwischenhebels an dem Klinkenhebel dient. Im vorliegenden Fall werden die Hebelverhältnisse so gewählt, daß mit dieser Kompensationsfeder sowohl die Anlagekraft reduziert als auch der Vorlauf des Unterspannungs-Hilfsschalters erreicht wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn eine feste Kopplung zwischen dem Betätigungselement und dem Schaltschloß besteht, durch die bei Betätigung der gesamte Bewegungshub des Betätigungselements auf das Schaltschloß für den Einschaltvorgang übertragen wird. Diese Ausführung hat außerdem den Vorteil, daß die Kraftübertragungskette nicht durch einen Leerweg unterbrochen werden muß und eine hierfür aufwendige Mechanik entfallen kann.

Vorteilhafterweise dient zum Antrieb ein Knebel als Betätigungselement.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht, wenn nach einem ersten Drehwinkel α des Betätigungselements der Unterspannungs-Hilfsschalter schließt und bei einem zweiten größeren Drehwinkel β sich der Zwischenhebel in der Verklinkungsposition an dem jetzt geschlossenen Klinkenhebel anlegt. Auf diese Weise wird die erforderliche Voreilung gewährleistet.

Ist die Kompensationsfeder als Drehfeder ausgeführt, so läßt sich hiermit der Platzbedarf verringern und die erforderliche Federsteifigkeit erreichen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht, wenn das Betätigungselement mit einer Kulissenkontur versehen ist, die bei Betätigung einen Umlenkhebel dreht, der das Schließen des Unterspannungs-Hilfsschalters auslöst. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Wirkverbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Hilfskontakt des Unterspannungs-Hilfsschalters dar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

FIG 1: eine perspektivische Ansicht eines Schaltschlosses mit Drehantrieb eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts in AUS-Stellung,
FIG 2: eine perspektivische Ansicht des Schaltschlosses gemäß FIG 1 mit dem Auslösemechanismus des Unterspannungs-Hilfsschalters und
FIG 3, FIG 4: eine Darstellung des Funktionsprinzips des Schaltschlosses mit Verklinkung in AUS- und EIN-Stellung.

In FIG 1 ist in AUS-Stellung ein Schaltschloß eines Schaltgeräts mit Drehhebelantrieb dargestellt, der mit einem Knebel 1 als Betätigungselement ausgeführt ist. Das Schaltschoß besteht im wesentlichen aus einem Steuerhebel 2, einem Winkelhebel 3, einem Zwischenhebel 4, einem Klinkenhebel 5 mit einer Verklinkungsnase 6, einer Zugfeder 7 und zwei Laschen 8,9. Der Knebel 1 steht über ein Zahnsegment 10 und einen mit diesem verzahnten Antriebshebel 11 mit dem Steuerhebel 2 direkt, d.h. ohne einen Leerweg, in Wirkverbindung. Die Zugfeder 7 hängt mit einem Ende an dem drehbar gelagerten Steuerhebel 2 und mit dem anderen Ende zusammen mit den Laschen 8 und 9 an einem Gelenkpunkt 12. Die Lasche 8 ist außerdem drehbar am Winkelhebel 3 befestigt, der sich am Zwischenhebel 4 abstützt. Letzterer wird durch die Kraft einer Kompensationsfeder 13, die hier als Drehfeder ausgeführt ist, an einen hier nicht dargestellten Anschlag gezogen. Die Federkraft der Kompensationsfeder 13 ist so bemessen, daß trotz des eingeleiteten Drehmoments 15 bzw. 16 der Zwischenhebel 4 am Anschlag 14 gehalten wird (siehe FIG 3).

FIG 2 zeigt den Auslösemechanismus des Unterspannungs-Hilfsschalters in Verbindung mit dem Schaltschloß. Das mit dem Knebel 1 verbundene Zahnsegment 10 weist an seiner Unterseite eine Kulissenkontur 17 auf. Diese dreht bei Betätigung des Knebels 1 einen Umlenkhebel 18, durch den der Kontakt 19 des voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalters geschlossen wird. Zum Unterspannungs-Hilfsschalter gehört eine Ausschaltfeder 20 und ein an dieser angreifendes Schiebeelement 21, das auf eine Schaltklaue 22 des Schaltgeräts wirkt. Die Schaltklaue 22 ist mit einer Auslösewelle 23 gemäß FIG 1 zur Aufhebung der Schaltschloßverklinkung verbunden.

FIG 3 zeigt das Funktionsprinzip der Schaltschloßmechanik in Verbindung mit dem Unterspannungs-Hilfsschalter in AUS-Stellung. Die über die Zugfeder 7 und die mit ihr am Gelenkpunkt 12 verbundene Lasche 8 wird auf den Winkelhebel 3 aufgrund des relativ kurzen Hebelarms 25 ein geringes Drehmoment 15 ausgeübt. Das daraufhin auf den Zwischenhebel 4 wirkende Drehmoment 26 ist so klein, daß dieser durch die Wirkung der Federkraft der Kompensationsfeder 13 am Anschlag 14 anliegt. Zugleich ist der Kontakt 19 des Unterspannungs-Hilfsschalters in der offenen Position, in der die Ausschaltfeder 20 ohne Einwirkung des Elektromagneten des Unterspannungs-Hilfsschalters den Klinkenhebel 5 in seiner offenen Stellung hält.

Beim Einschalten wird der Steuerhebel 2 durch die Drehung am Knebel 1 in Richtung EIN bewegt (siehe FIG 4) und dabei die hier nicht dargestellten Hauptkontakte des Schaltgeräts geschlossen. Gleichzeitig betätigt die Kulissenkontur 17 am Zahnsegment 10 den voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalter. Nach einem ersten Drehwinkel α von ca. 30° ist der Kontakt 19 des Unterspannungs-Hilfsschalters (siehe FIG 1,2) geschlossen, so daß bei vorhandener Spannung die Ausschaltfeder 20 im Unterspannungs-Hilfsschalter gespannt wird. Die Schaltklaue 22 wird dadurch zurückgezogen und der Klinkenhebel 5 bewegt sich in seine geschlossene Position, in der der Zwischenhebel 4 gesperrt wird. Aufgrund der Rückdruckkraft 24 der Kontaktandruckfedern des Schaltgeräts und des sich verringernden Hebelarms der Zugfeder 7 dreht der Gelenkpunkt 12 gleichzeitig nach unten. Dabei wird der am Winkelhebel 3 angreifende Hebelarm 25 größer, so daß die Drehmomente 15,16 mit zunehmendem Drehwinkel steigen. Beim zweiten Drehwinkel β von ca. 45° ist das Drehmoment 16 größer als das durch die Kompensationsfeder 13 bewirkte Drehmoment 26 am Zwischenhebel 4. Dieser legt sich an die Verklinkungsnase 6 des Klinkenhebels 5 an und stützt sich dort ab. Bei weiterer Verdrehung des Knebels 1 geht der Schalter in die EIN-Stellung.

Da das Schließen des Kontakts 19 des Unterspannungs-Hilfsschalters bereits bei 30° erfolgt und der Zwischenhebel 4 erst bei 45° anlegt, bleibt aufgrund des Differenzdrehwinkels genug Zeit, um den Klinkenhebel 5 bei vorhandener Spannung zu schließen oder bei Unterspannung offenzuhalten. Bei noch offenem Klinkenhebel 5 aufgrund von Unterspannung gibt der nach vorn, d.h. vom Anschlag 14 wegdrehende Zwischenhebel 4 den Winkelhebel 3 frei und das Schaltgerät geht in den ausgelösten Zustand über.

Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Zwischenhebel 4 sich nicht bewegt, bevor der Unterspannungs-Hilfsschalter geschlossen ist. In diesem Falle könnte nämlich das Schaltgerät bei Nennspannung nicht mehr verklinken, da der Zwischenhebel 4 bereits an der Verklinkungsnase 6 vorbeigelaufen wäre.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsform erläutert ist, sollte berücksichtigt werden, daß damit nicht beabsichtigt ist, die Erfindung nur auf die dargestellte Ausführungsform zu beschränken, sondern alle möglichen Änderungen, Modifizierungen und äquivalente Anordnungen, soweit sie vom Inhalt der Patentansprüche gedeckt sind, einzuschließen.

Claims

Schaltgerät mit einem Schaltschloß zum Öffnen und Schließen von Hauptkontakten, mit einem voreilenden Unterspannungs-Hilfsschalter und mit einem Betätigungselement (1), das zum Antrieb des Schaltschlosses und zum Schließen des Unterspannungs-Hilfsschalters dient, der dabei voreilend einen zum Schaltschloß gehörenden Klinkenhebel (5) in seine geschlossene Position bewegt, bevor der Einschaltvorgang über das Schaltschloß erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltschloß eine mit dem Betätigungselement (1) in Wirkverbindung stehende Hebelmechanik (3,4,8,9), die einen Zwischenhebel (4) zur Verklinkung am Klinkenhebel umfaßt, und eine erste (7) und eine zweite auf den Zwischenhebel (4) wirkende Federkraft (13) aufweist, wobei die Summe der auf den Zwischenhebel (4) wirkenden beiden Federkräfte (7,13) in einer ersten Phase der Betätigung des Betätigungselements (1), in der der voreilende Unterspannungs-Hilfsschalter geschlossen wird, diesen an einem Anschlag (14) hält und in einer anschließenden zweiten Betätigungsphase den Zwischenhebel (4) vom Anschlag (14) weg in die Verklinkungsposition am Klinkenhebel (5) bewegt.
Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltschloß einen mit dem Betätigungselement (1) in Wirkverbindung stehenden Steuerhebel (2), eine an diesem angreifende Feder (7), einen durch Kraftübertragung der Feder (7) in seiner Stellung veränderbaren Winkelhebel (3) sowie einen zwischen dem Winkelhebel (3) und dem Klinkenhebel (5) angeordneten Zwischenhebel (4) aufweist, der in AUS-Stellung durch eine Kompensationsfeder (13) an einem Anschlag (14) in einer solchen Stellung gehalten wird, daß er beim Einschaltvorgang nach Bewegung des Klinkenhebels (5) in seine geschlossene Stellung durch die Schaltschloßmechanik vom Anschlag weg in die Verklinkungsposition am Klinkenhebel (5) bewegt wird.
Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Kopplung zwischen dem Betätigungselement (1) und dem Schaltschloß besteht, durch die bei Betätigung der gesamte Bewegungshub des Betätigungselements (1) auf das Schaltschloß für den Einschaltvorgang übertragen wird.
Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb ein Knebel (1) als Betätigungselement dient.
Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem ersten Drehwinkel α des Betätigungselements (1) der Unterspannungs-Hilfsschalter schließt und bei einem zweiten größeren Drehwinkel β sich der Zwischenhebel (4) in der Verklinkungsposition an dem Verklinkungshebel (5) anlegt.
Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsfeder als Drehfeder (13) ausgeführt ist.
Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (1) mit einer Kulissenkontur (17) versehen ist, die bei Betätigung einen Umlenkhebel (18) dreht, der das Schließen des Unterspannungs-Hilfsschalters auslöst.