EP2634788B1

EP2634788B1 - Leistungsschalter mit einem Schaltschloss

Info

Publication number: EP2634788B1
Application number: EP12193194.3A
Authority: EP
Inventors: Thomas Bunk; Siegfried Pirker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: EP2634788A1; CN103295851B; US9099259B2; CN103295851A; DE102012203295A1; US20130228430A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem Schaltschloss. Ein gattungsgemäßes Schaltschloss weist eine Schalteinrichtung zum Öffnen und Schließen eines mit einem Spannelement in Wirkung stehenden Schaltkontaktes und einen Entklinkungsmechanismus, durch den auf der Grundlage eines Auslösesignals das Spannelement aus einem gespannten in einen zumindest weitgehend ungespannten Zustand überführbar ist.
Leistungsschalter sind spezielle Schalter, die üblicherweise für hohe Ströme ausgelegt sind. Diese Schalter können nicht nur Betriebsströme und geringe Überlastströme schalten, sondern bei auftretenden Fehlern auch hohe Überlastströme und Kurzschlussströme einschalten, diese Fehlerströme eine vorgegebene Zeit halten und wieder ausschalten. Je nach Ausführungsform sind Leistungsschalter einpolig oder mehrpolig ausgeführt.
Derartige Leistungsschalter verfügen regelmäßig über so genannte Schaltschlösser, die bei Auftreten ungewollter Betriebszustände, insbesondere bei Kurzschlüssen, das Abschalten eines Stromkreises bewirken.
Ein Schaltschloss stellt eine mechanische Vorrichtung dar, die vorzugsweise das Abschalten eines Stromkreises ermöglicht. Hierzu wird zum Öffnen des Schaltkontakts üblicherweise die Kraft einer gespannten Feder freigegeben, die beim Einschalten über einen Spannmechanismus gespannt worden ist. Das typische Auslösekriterium ist ein Strom einer vorgebbaren Stromstärke, durch den die Arretierung mit Hilfe eines Elektromagneten oder eines sich erhitzenden Bimetallstreifens gelöst wird.
Das Schaltschloss eines Leistungsschalters verfügt über zwei wesentliche Bereiche. Einerseits ist ein Schaltmechanismus vorgesehen, über den Federkraft beaufschlagt das Öffnen und Schließen eines elektrischen Schaltkontaktes realisiert wird. Andererseits verfügt ein derartiges Schaltschloss über einen Entklinkungsmechanismus, der bei Erreichen eines Auslösekriteriums die in einer Feder des Schaltmechanismus gespeicherte Energie freigibt, wodurch das Schaltschloss ausgelöst und der elektrische Schaltkontakt geöffnet wird.
Problematisch an den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltschlössern ist vielfach, dass die innerhalb des Entklinkungsmechanismus vorgesehene Sperrklinke im gesperrten Zustand mit einer ebenen Fläche der Außenkontur des mit der Feder in Wirkverbindung stehenden Spannhebels in Kontakt gebracht wird. Da die Sperrklinke während des Betriebs des Leistungsschalters auf diese Weise immer wieder den gleichen Bereich der Anschlagfläche des Spannhebels berührt, kommt es hier mit zunehmender Betriebsdauer zu Verschleißerscheinungen. Aufgrund dieses Abriebs an der Anschlagfläche ändern sich die Richtung der Normalkraft und damit auch das über die Sperrklinke in die Anschlagfläche des Spannhebels eingeleitete Drehmoment. Eine Drehmomenterhöhung in diesem Bereich hat wiederum die Folge, dass sich die für eine Auslösung des Schaltschlosses benötigte Kraft erhöht. Zwar ist es denkbar, den Verschleiß durch Verwendung von Werkstoffen höherer Härte oder durch Einsatz von Verfahren zur Oberflächenbehandlung zu verringern, doch würde dies die Herstellungskosten eines entsprechenden Bauteils erhöhen. Eine weitere Möglichkeit, den Abrieb an der Anschlagfläche zu verringern, besteht darin, eine vollflächige Auflage zwischen Sperrklinke und Anschlagfläche des Spannhebels zu realisieren. Allerdings hat dies den Nachteil, dass der Hebelarm der Normalenkraft, also der Abstand zwischen dem Normalkraftvektor und dem Kraft einleitenden Bereich der Sperrklinke, variieren kann, was zu Schwankungen der für eine Auslösung des Schaltschlosses benötigten Kraft führen würde.
Die DE 10 2005 050 693 A1 beschreibt einen Leistungsschalter mit einem Schaltschloss nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dessen Schalterwelle über einen Schalterwellenhebel einen beweglichen Schaltkontakt zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung mit einem festen Schaltkontakt steuert. An einer Achse des Schalterwellenhebels ist eine Rolle drehbar gelagert. Ein Ende einer Klinke wirkt mit der Rolle zusammen und ein anderes Ende der Klinke mit einer Fixierungsanordnung. Die Schalterwelle weist weiterhin ein Befestigungselement auf, an welchem ein Kraftspeicherelement in Form eines Ausschaltenergiespeicherfederelements zur Steuerung des Antriebsmechanismus für den bewegbaren Schaltkontakt des Leistungsschalters angelenkt ist. Befindet sich die Klinke in einer die Schalterwelle mit dem Schalterwellenhebel verklinkenden Position, wirkt das Ende der Klinke als Arretierung des Schalterwellenhebels. Das Kraftspeicherelement ist in dieser Position gespannt. Die Fixierungsanordnung umfasst weiterhin ein Magnetsystem mit einer Spule. Durch die Spule kann ein Magnetfeld erzeugt werden, so dass die Klinke zu einer Drehung veranlasst wird, die Rolle freigibt und das Ausschaltenergiespeicherfederelement den Schalterwellenhebel in die ausgelöste Position bewegt.
Die DE 12 21 399 B beschreibt einen Kraftspeicherantrieb für elektrische Schaltgeräte mit das Ein- und Ausschalten bewirkenden Federkraftspeichern, die von einem Schaltschloss im Spannzustand gehalten werden. Das Schaltschloss wird gebildet von einem Schwenkhebel und einem Haltemagneten. Weiterhin weist die Anordnung eine Spannwelle auf, auf der ein ein- oder doppelarmiger Hebel angeordnet ist. Mit der Spannwelle wird der gespannte Einschaltkraftspeicher über den an einer Ablaufkante des Schenkhebels abgestützten Hebel gespannt gehalten. Der Schwenkhebel ist weiterhin mit einer Rückholfeder gekoppelt. Über eine am Haltemagneten angeordneten Auslösespule wird der Schwenkhebel aus seiner an dem Haltemagneten anliegenden Position gedreht, woraufhin sich der Hebel ebenfalls dreht, und dadurch der Schalter eingeschaltet wird. Die Rückholfeder holt den Schenkhebel zurück und bringt ihn an dem Dauermagneten wieder zur Anlage. Der Hebel stützt sich nach der Einschaltung wieder an der Ablaufkante ab. Zu diesem Zweck ist er mit Rollen versehen.
Die US 1 807 041 A offenbart einen Entklinkungsmechanismus für einen Leistungsschalter. Der Entklinkungsmechanismus weist dabei einen Hebel mit einer Nase auf, die sich im verklinkten Zustand mit einer an einer Klinke angeordneten Rolle in Eingriff befindet. Der Hebel ist dabei mit Gliedern eines Auslösemechanismus gekoppelt. Beim Auslösen wird ein Bolzen durch einen Elektromagneten bewegt, durch die Bewegung des Bolzens ein Arm eines Glieds des Auslösemechanismus gedreht und darüber der Hebel gedreht, so dass die Klinke gelöst wird.
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltschlössern für Leistungsschalter sowie dem geschilderten Problem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Entklinkungsmechanismus eines Schaltschlosses derart weiterzubilden, dass innerhalb eines begrenzten Bauraums die Kraft des Schaltmechanismus um einen möglichst großen Faktor minimiert wird. Hierbei soll sich der anzugebende Entklinkungsmechanismus durch eine hohe Loslaufsicherheit auszeichnen, die vor allem durch eine geringe Reibung innerhalb des Entklinkungsmechanismus sichergestellt werden soll. Wesentlich für eine hohe Loslaufsicherheit ist einerseits, dass die Auslösekraft nicht zu groß ist und andererseits die Auslösekraft auch nach längerer Betriebsdauer des Schaltschlosses annähernd konstant bleibt. Insbesondere soll sichergestellt werden, dass das Auslösen des Schaltschlosses unabhängig von der Kraft im Schaltmechanismus möglich ist. Des Weiteren soll der Entklinkungsmechanismus derart ausgeführt werden, dass das Schaltschloss sowohl für einpolige Schalter, bei denen nur geringe Kräfte im Schaltmechanismus auftreten, als auch für mehrpolige Schalter mit hohen Kräften im Schaltmechanismus verwendet werden kann.
Die vorstehende Aufgabe wird mit einem Leistungsschalter mit Schaltschloss gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die FIGen näher erläutert.
Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem Schaltschloss, das einerseits eine Schalteinrichtung zum Öffnen und Schließen eines mit einem Spannelement in Wirkverbindung stehenden Schaltkontakts und andererseits einen Entklinkungsmechanismus aufweist, durch den auf der Grundlage eines Auslösesignals das Spannelement derart aus einem gespannten in einen zumindest weitgehend ungespannten Zustand überführbar ist, dass der Schaltkontakt hierdurch geöffnet wird. Das Spannelement ist an einen Spannhebel gekoppelt, der gesperrt wird, indem eine Sperrklinke des Entklinkungsmechanismus an einer Anschlagfläche des Spannhebels anliegt und diesen an einer Bewegung hindert, so dass das Federelement in gespannten Zustand gehalten wird. Erfindungsgemäß ist das Schaltschloss derart weitergebildet worden, dass die Anschlagfläche gewölbt ausgeführt und relativ zum Spannhebel beweglich angeordnet ist, wobei der Spannhebel als zwei Seitenteile zwei planparallel angeordnete Bleche aufweist, zwischen denen eine Rolle, auf der die Anschlagfläche angeordnet ist, um einen Lagerbolzen oder mittels zweier Lagerzapfen drehbar gelagert ist.
Die Ausführung der Anschlagfläche mit einer in Richtung der Sperrklinke gewölbten Außenkontur bei gleichzeitig beweglicher Lagerung der Anschlagfläche hat hierbei den Vorteil, dass keine ebene Kontaktfläche zwischen der Sperrklinke und dem Spannhebel existiert, die Sperrklinke sich beim Auslösen des Schaltschlosses vergleichsweise reibungsarm über die Anschlagfläche bewegt und so Verschleißerscheinungen minimiert werden. Insbesondere wird auf diese Weise sichergestellt, dass die Sperrklinke mit unterschiedlichen Bereichen der Anschlagfläche in Kontakt bringbar ist und sich vorzugsweise lediglich Rollreibung zwischen Sperrklinke und Anschlagfläche ausbildet.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung bildet die äußere Umfangsfläche der Rolle die Anschlagfläche. Die Rolle ist drehbar am Spannhebel gelagert. In gesperrtem Zustand des Schaltschlosses berührt das Ende der Sperrklinke die Anschlagfläche, also die äußere Umfangsfläche der Rolle. Sobald das Schaltschloss auslöst, wird die Sperrklinke derart bewegt, dass die über die Klinke in die Rolle des Spannhebels eingeleitete Kraft abnimmt, so dass sich schließlich der Spannhebel in Bewegung setzt und das Ende der Sperrklinke über die äußere Umfangsfläche der Rolle abrollt. Die hierbei entstehende Reibung ist minimal.
Die Lagerung der zuvor beschriebenen Rolle eines Entklinkungsmechanismus kann dadurch erfolgen, dass der Spannhebel mehrteilig ausgeführt ist, wobei insbesondere zwei planparallel angeordnete Bleche, die in geeigneter Weise konturiert sind, vorgesehen sind, und zwischen diesen Blechen die Rolle um einen Lagerbolzen drehbar gelagert ist.
Gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung ist es denkbar, dass die Anschlagfläche und/oder das freie Ende der Sperrklinke mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist. Vorzugsweise weist eine derartige Beschichtung eine hohe Verschleißfestigkeit aus oder stellt sicher, dass die Reibung zwischen dem Ende der Sperrklinke und der Anschlagfläche zumindest minimiert wird. Die Rolle, deren äußere Umfangsfläche die Anschlagfläche bildet, kann entweder als Blech- oder als Kunststoffrolle (Keramikwerkstoffe usw.) ausgeführt sein. Auf bevorzugte Weise wird die Rolle als Drehteil gefertigt.
Das erfindungsgemäß ausgeführte Schaltschloss zeichnet sich somit vor allem dadurch aus, dass im Entklinkungsmechanismus eine in Richtung des freien Endes der Sperrklinke gewölbte und relativ zum Spannhebel beweglich angeordnete Anschlagfläche vorgesehen ist. Bevorzugt wird in gesperrtem Zustand des Schlosses eine Rolle, deren äußere Umfangsfläche die Anschlagfläche bildet, mit dem Ende der Sperrklinke in Eingriff gebracht. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich hierbei dadurch aus, dass trotz vergleichsweise kleiner Baugröße die für die Auslösung des Schlosses benötigte Auslösekraft minimiert wird. Das erfindungsgemäß ausgeführte Schaltschloss kann somit auf gleiche Weise sowohl für ein- wie auch drei- oder vierpolige Schalter verwendet werden. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die Funktion des Entklinkungsmechanismus zumindest weitgehend von der Kraft im Schaltmechanismus unabhängig ist.
Durch die bewegliche Anschlagfläche am Spannhebel, eine Rolle, wird die Reibung, die beim Abrutschen der Sperrklinke vom Spannhebel entsteht, gegenüber den bekannten Lösungen verringert. Aufgrund einer vereinfachten Betrachtung kann in diesem Fall davon ausgegangen werden, dass der Einfluss der Reibung um einen Faktor R/r, wobei R den Rollenaußenradius und r den Rollenlagerradius repräsentiert, reduziert wird. Wird beispielsweise eine Rolle mit einem Außenradius von 5,4 cm und einem Rollenlagerradius von 1,7 cm verwendet, ergibt sich hieraus ein Faktor von 3,8, also eine deutliche Verringerung des Reibwiderstandes. Durch diese starke Minimierung des Reibungseinflusses wird einerseits die Loslaufsicherheit des Schaltschlosses erhöht und andererseits können die Hebelverhältnisse im Entklinkungsmechanismus derart angepasst werden, dass die Untersetzung der Kraft vom Schaltmechanismus bis zur Auslösewelle des Entklinkungsmechanismus sehr groß ist und somit zum Auslösen des Schaltschlosses nur eine sehr kleine Kraft benötigt wird.
Im Folgenden wird die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die FIGen näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1: Perspektivische Darstellung des Schaltschlosses eines Leistungsschalters;
FIG 2 bis 5: Schaltschloss eines Leistungsschalters in EIN-Position in vier verschiedenen Ansichten;
FIG 6: Seitenansicht des Schaltschlosses eines Leistungsschalters während des Auslösevorgangs;
FIG 7 und 8: Seitenansicht des Schaltschlosses eines Leistungsschalters in ausgelöstem Zustand (Trip-Position);
FIG 9 bis 11: Vergleich des aus dem Stand der Technik bekannten Verklinkungsmechanismus mit der erfindungsgemäß ausgeführten Verklinkung in Detailansichten;
FIG 12: Perspektivansicht des Spannhebels mit Rolle; sowie
FIG 13: Perspektivansicht einer Rolle.

FIG 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Schaltschloss 1 eines Leistungsschalters. Das dargestellte Schaltschloss 1 verfügt hierbei über zwei wesentliche Baugruppen, nämlich den Schaltmechanismus 2 einerseits sowie den Entklinkungsmechanismus 3 andererseits. Über den Schaltmechanismus 2 steht der elektrische Schaltkontakt des Leistungsschalters derart mit einer als Energiespeicher genutzten Feder 4 in Wirkverbindung, dass bei geschlossenem Kontakt die Feder 4 gespannt ist und beim Auslösen des Schaltschlosses 1 die in der Feder 4 gespeicherte Energie frei wird, so dass der Kontakt durch die auf ihn wirkende Federkraft geöffnet wird.
Um die Feder 4 einerseits zuverlässig im gespannten Zustand halten und andererseits ein zuverlässiges sowie schnelles Auslösen des Schaltschlosses sicherstellen zu können, ist der Entklinkungsmechanismus 3 vorgesehen.
Die Verbindung zwischen dem Schaltmechanismus 2 mit Spannfeder 4 und dem Entklinkungsmechanismus 3 wird über einen Spannhebel 5 hergestellt, der durch den Entklinkungsmechanismus 3 bedarfsgerecht gesperrt oder freigegeben werden kann. Sobald der Spannhebel 5 vom Entklinkungsmechanismus 3 freigegeben wird, entspannt sich die Feder 4 und der elektrische Schaltkontakt wird geöffnet.
Ein wesentliches Bauteil des Entklinkungsmechanismus 3 stellt die Klinkenfeder 10 dar, die derart auf die Sperrklinke 8 einwirkt, dass das Ende der Sperrklinke 8 gegen eine hierfür vorgesehene Anschlagfläche des Spannhebels 5 zur Arretierung des Spannhebels 5 bewegt wird. Des Weiteren ist im Entklinkungsmechanismus 3 eine Auslösewelle 9 vorgesehen, die bei Erreichen eines Auslösekriteriums, insbesondere sobald der Strom im Schalter eine vorgegebene Stromstärke erreicht, in eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung versetzt wird. Durch die Bewegung der Auslösewelle 9 gerät diese derart in Kontakt mit der Sperrklinke 8, dass auch die Sperrklinke 8 geschwenkt und so die vom Ende der Sperrklinke 8 auf die Anschlagfläche des Spannhebels 5 wirkende Kraft verringert wird. Die Verringerung der von der Sperrklinke 8 auf die Anschlagfläche des Spannhebels 5 wirkenden Kraft führt im Weiteren dazu, dass die Arretierung des Spannhebels 5 gelöst, die Feder 4 entspannt und der Schaltkontakt geöffnet werden. Im Folgenden werden die verschiedenen Schaltzustände des Schaltschlosses 1 eingehend erläutert.
In den FIG 2 bis 5 ist das Schaltschloss 1, dessen Bauteile bereits in FIG 1 näher erläutert worden ist, in einer Ein-Position dargestellt. Die FIG 2 und 3 zeigen das Schaltschloss in einer Seitenansicht, die FIG 4 und 5 in einer Perspektivansicht, wobei die FIG 3 und 5 das Schaltschloss jeweils in einer geschnittenen Ansicht zeigen. In diesen geschnittenen Ansichten ist das Schaltschloss 1 entlang der Symmetrieebene geteilt und jeweils nur die im hinteren Teil vorgesehenen Bauteile dargestellt. Auf diese Weise wird in den FIG 3 und 5 das hintere Seitenteil 14 des Spannhebels 5, die daran gelagerte Rolle 7 sowie das Ende 12 der Sperrklinke 8 sichtbar.
In EIN-Position ist der Schalter geschlossen, die Feder 4 gespannt und das Schaltschloss 1 in gesperrtem Zustand.
Ferner befindet sich der Entklinkungsmechanismus 3 und somit auch das Schaltschloss 1 in gespanntem Zustand, wobei das Ende 12 der Sperrklinke 8 den Außenumfang einer am Spannhebel 5 drehbar gelagerten Rolle 7 im Bereich der Anschlagfläche 13 berührt. Mit Hilfe der Sperrklinke 8 ist der Spannhebel 5 somit in der dargestellten Position arretiert, so dass die Feder 4 gespannt und der elektrische Schaltkontakt geschlossen ist.
FIG 6 zeigt eine Seitenansicht des Schaltschlosses 1 in einem Betriebszustand, in dem dieses ausgelöst wird. Die Auslösewelle 9 wird auf der Grundlage eines Auslösesignals betätigt, so dass die Sperrklinke 8 gegen den Uhrzeigersinn von der Rolle 7 weg bewegt wird. Daraufhin wird die Kraft, mit der die Sperrklinke 8 auf die Anschlagfläche 13 der Rolle 7 einwirkt, verringert, die Sperrklinke 8 verliert den Kontakt zur Rolle 7 und rutscht schließlich von der Rolle 7 ab. Durch das Freigeben der Sperrklinke 8 führt der Spannhebel 5 schließlich ebenfalls eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung gegen den Uhrzeigersinn aus, wodurch die Feder 4 in einen entspannten Zustand überführt und hierdurch der elektrische Schaltkontakt geöffnet wird.
FIG 7 und 8 zeigen nunmehr das Schaltschloss 1 eines Leistungsschalters in ausgelöster Position. Diese Position eines Schaltschlosses 1 wird auch als Trip-Position bezeichnet. Der Spannhebel 5 mit der daran drehbar gelagerten Rolle 7 ist in seine Endposition nach oben überführt worden. Hierbei liegt er an einem Spannbolzen 11, der im Schalthebel 6 gelagert ist, an. Sofern das Schaltschloss 1 aus der Trip-Position wieder in die Ein-Position überführt werden soll, muss in Bezug auf das Schaltschloss 1, insbesondere den Entklinkungsmechanismus 3 ein Reset durchgeführt werden, damit der Entklinkungsmechanismus 3 und hier insbesondere die Klinkenfeder 10 gespannt und die Auslösewelle 9 in ihre Ausgangsposition zurückgesetzt wird.
In den FIG 9 bis 11 wird eine aus dem Stand der Technik bekannte Verklinkung mit einer erfindungsgemäß ausgeführten verglichen. Zur Veranschaulichung ist zunächst noch einmal die bereits in FIG 3 gezeigte Seitenansicht der im hinteren Teil des Schaltschlosses 1 angeordneten Bauelemente dargestellt. Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch eine vorteilhafte Gestaltung der spannhebelseitig vorgesehenen Anschlagfläche 13 aus. In den FIG 9 bis 11 ist ein Ausschnitt des Schaltschlosses 1 jeweils im Detail dargestellt wird. Hierbei zeigen die FIG 9 bis 11 jeweils das im Bereich des Entklinkungsmechanismus 3 liegende Ende des Spannhebels 5 mit seiner Anschlagfläche 13 und der hiermit in Kontakt befindlichen Sperrklinke 8. Die FIG 9 und 10 zeigen in diesem Zusammenhang die aus dem Stand der Technik bekannte Abstützung der Sperrklinke 8 auf der Anschlagfläche 13 des Spannhebels 5. Im Vergleich hierzu ist in FIG 11 eine erfindungsgemäß ausgeführte Verklinkung, die sich durch den Einsatz einer beweglich angeordneten gewölbten Anschlagfläche 13, die in diesem Fall durch Verwendung der äußeren Umfangsfläche einer drehbar am Spannhebel 5 gelagerten Rolle 7 verwirklich ist.
In FIG 9 ist eine Verklinkung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, im Neuzustand dargestellt. Zwischen dem Ende 12 der Sperrklinke 8 und der Anschlagfläche 13 ist in diesem Fall eine ebene Kontaktfläche vorgesehen. Weiterhin sind der Vektor der Auslösekraft F_Nvar, der in Normalenrichtung, also senkrecht zur Anschlagfläche 13, verläuft sowie der Hebelarm h zwischen dem Normalenvektor und einem Punkt K, um den die Sperrklinke 8 gedreht bzw. geschwenkt wird, dargestellt.
In Ergänzung hierzu zeigt FIG 10 die bekannte Abstützung nach einer gewissen Betriebsdauer. Wesentlich hierbei ist, dass aufgrund der Reibung zwischen dem Ende 12 der Sperrklinke 8 und der Anschlagfläche 13 an der Anschlagfläche 13 bzw. dem Spannhebel 8 ein gewisser Verschleiß aufgetreten ist. Aufgrund des Abriebs ist die Kontur des Spannhebels 8 im Bereich der Anschlagfläche 13 gegenüber dem Ausgangszustand etwas abgeflacht. Durch diese reibungsbedingte Abflachung der Kontur des Spannhebels ändert sich die Richtung der Normalkraft F_Nvar, wodurch sich wiederum die Auslösekraft des Schaltschlosses 1 gegenüber dem Ausgangszustand erhöht.
Der zuvor beschriebene Effekt kann bislang lediglich durch die Verwendung von Werkstoffen höherer Härte spezieller Oberflächenbehandlung bzw. durch Einsatz von Schmiermitteln reduziert werden. Dies würde allerdings die Kosten erhöhen bei gleichzeitig eingeschränkter Funktionssicherheit und Einsatzbereich. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Abriebs besteht in der vollflächigen Auflage der Bauteile. Diese technische Lösung hat jedoch den Nachteil, dass der Hebelarm der Normalkraft und somit die für die Auslösung des Schaltschlosses 1 benötigte Kraft variieren kann.
In FIG 11 ist nunmehr eine erfindungsgemäße Ausführung der Verklinkung eines Schaltschlosses 1 dargestellt. Im gesperrten Zustand des Entklinkungsmechanismus 3 befindet sich das Ende 12 der Sperrklinke 8 mit der äußeren Umfangsfläche einer drehbar am Spannhebel 5 gelagerten Rolle 7 im Eingriff. Die Verwendung einer Rolle, durch die eine bewegliche, nach außen gewölbte Anschlagsfläche 13 realisiert wird, hat vor allem den Vorteil, dass der Verschleiß an den sich abstützenden Bauteilen deutlich reduziert wird. Weiterhin wird durch die Abstützung auf der Rolle 7 der Winkel der resultierenden Normalkraft F_N annähernd konstant gehalten, so dass der Auslösekraftbereich vergleichsweise klein ist und sich auch mit zunehmender Lebensdauer der Bauteile nicht vergrößert. Durch die hierdurch hervorgerufene Minimierung des Reibungseinflusses wird einerseits die Loslaufsicherheit der Sperrklinke 8 erhöht und andererseits können die Hebelverhältnisse im Entklinkungsmechanismus 3 derart angepasst werden, dass die Untersetzung der Kraft von Schaltmechanismus 2 bis Auslösewelle 9 sehr groß ist und somit zum Auslösen des Schaltschlosses 1 nur eine vergleichsweise geringe Kraft benötigt wird.
FIG 12 zeigt in einer perspektivischen Detailansicht einen erfindungsgemäß ausgeführten Spannhebel 5, der eine Verbindung zwischen dem Federelement 4 des Schaltmechanismus 2 und dem Entklinkungsmechanismus 3 schafft. Hierbei ist der Spannhebel 5 im Wesentlichen zweiteilig ausgeführt und verfügt über zwei planparallel angeordnete Spannhebel, insbesondere handelt es sich hierbei um 2 identische Bauteile, zwischen denen weitere Bauteile angeordnet sind. In dem Bereich des Spannhebels 5, der in Einbaulage dem Entklinkungsmechanismus 3 zugewandt ist, ist eine Rolle 7 vorgesehen, die über zwei Lagerzapfen 16 drehbar im Spannhebel 5 gelagert ist.
In Ergänzung ist in FIG 13 die Rolle 7 dargestellt. Die als Drehteil ausgeführte Rolle 7 verfügt über eine äußere Umfangsfläche, die als Anschlagsfläche 13 für die Sperrklinke 8 genutzt wird. In Bezug auf die Ausführung der Rolle 7 kann vereinfacht dargestellt werden, dass der Einfluss der Reibung um den Faktor R/r, wobei R den Rollenaußenradius und den Rollenlagerradius repräsentiert, reduziert wird. Bei einem Außenradius der Rolle von R=5,4 cm und einem Rollenlagerradius von r=1,7 cm ergibt sich somit ein Faktor von 3,18, was einer Verringerung der Reibung um mehr als das Dreifache entspricht.
Durch das Vorsehen einer Rolle 7, deren äußere Umfangsfläche die Anschlagfläche 13 für die Sperrklinke 8 des Entklinkungsmechanismus 3 bildet, kann somit auf verhältnismäßig einfache Weise insbesondere die Loslaufsicherheit der Sperrklinke und eine Minimierung sowie eine Einschränkung des Bereichs der Auslösekraft erreicht werden.

Claims

Leistungsschalter mit einem Schaltschloss (1), das einen Schaltmechanismus (2) zum Öffnen und Schließen eines mit einem Spannelement (4) in Wirkverbindung stehenden Schaltkontakts, und einen Entklinkungsmechanismus (3) aufweist, durch den auf der Grundlage eines Auslösesignals das Spannelement (4) derart aus einem gespannten in einen zumindest weitgehend ungespannten Zustand überführbar ist, dass der Schaltkontakt hierdurch geöffnet wird, wobei das Spannelement (4) an einen Spannhebel (5) gekoppelt ist, der über eine Anschlagfläche (13) verfügt, an der im gespannten Zustand des Spannelements (4) eine Sperrklinke (8) des Entklinkungsmechanismus (3) anliegt, wobei die Anschlagfläche (13) in Richtung der Sperrklinke (8) gewölbt ist und relativ zum Spannhebel (5) beweglich angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Spannhebel (5) als zwei Seitenteile (14, 15) zwei planparallel angeordnete Bleche aufweist, zwischen denen eine Rolle (7), auf der die Anschlagfläche (13) angeordnet ist, um einen Lagerbolzen oder mittels zweier Lagerzapfen (16) drehbar gelagert ist.
Leistungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (13) auf einer Außenumfangsfläche der Rolle (7) angeordnet ist.
Leistungsschalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (7) als Blechbauteil ausgeführt ist.
Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (13) einen Kunststoff aufweist.
Leistungsschalter nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (7) einen Kunststoff aufweist.
Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotient aus Rollenradius und Lagerbolzenradius einen Wert >1,0 annimmt.