EP3157035A1 - Schaltgerät mit einem kontaktsystem - Google Patents

Schaltgerät mit einem kontaktsystem Download PDF

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Publication number
EP3157035A1
EP3157035A1 EP16185818.8A EP16185818A EP3157035A1 EP 3157035 A1 EP3157035 A1 EP 3157035A1 EP 16185818 A EP16185818 A EP 16185818A EP 3157035 A1 EP3157035 A1 EP 3157035A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
force
lever
contact
movable contact
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16185818.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Wachter
Corinna Raule
Mirko Dittrich
Stefan Feindler
Richard Kommert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Publication of EP3157035A1 publication Critical patent/EP3157035A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H23/00—Tumbler or rocker switches, i.e. switches characterised by being operated by rocking an operating member in the form of a rocker button
    • H01H23/02—Details
    • H01H23/12—Movable parts; Contacts mounted thereon
    • H01H23/16—Driving mechanisms
    • H01H23/20—Driving mechanisms having snap action
    • H01H23/205—Driving mechanisms having snap action using a compression spring between tumbler and an articulated contact plate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/02—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch
    • H01H3/04—Levers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/50—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/46—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using rod or lever linkage, e.g. toggle
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a switching device with a contact system comprising a fixed contact carrier provided with a fixed contact piece and a movable contact carrier provided with a movable contact piece, and having an actuating device for opening or closing the contact point formed by the fixed and the movable contact piece, wherein, when the contact point is closed, the contact pieces are pressed against each other under the action of a contact force, wherein the contact system comprises a lever with a load arm, a power arm and a pivot and the movable contact carrier is formed as a load arm of the lever, wherein the contact force arises as a load force exerted by the load arm ,
  • Such a switching device is for example a circuit breaker, a motor protection switch, a contactor or the like.
  • the DE 10 2013 017 381 A1 shows a circuit breaker in which a contact pressure spring presses the movable contact lever against the fixed contact piece, the point of application of the contact pressure spring on the movable contact lever is fixed. To open the contact point, the contact pressure force must be overcome by means of an actuating force. So shows the DE 37 37 539 C2 a motor protection switch with a contact bridge, on which a contact spring acts to close the contact points, wherein also here to open the contact points of an actuating device, a force must be applied, which is greater than the contact pressure force.
  • a contact force is generally built up via an actuating device during actuation, which increases from a value 0 in open contacts to a predeterminable by the design of the contact pressure spring value X at the closed contact point. This is usually an operating force needed, which is greater than the contact force generated.
  • the design and dimensioning of the magnetic drive is determined by the amount of actuation force.
  • the contact system comprises an element that generates a moving force acting on the lever, the length of the power arm being determined by the distance of the pivot point from the point of application of the moving force generating element on the lever, and the actuating device is connected to the moving force generating element in operative connection and exerts on the moving force generating element from a point of application of the moving force on the lever and thus shifting the length of the power arm changing actuating force.
  • the solution to the problem is based on the idea that during the assembly of the device an impressed force, namely the force acting on the lever, moving force is generated, which is then merely moved or rotated during actuation.
  • an impressed force namely the force acting on the lever
  • moving force By moving or rotating the point of application of the impressed force, namely the force acting on the lever, moving force, the length of the power arm is changed, so that the transmission ratio of the lever.
  • the transmission ratio of the lever is known to determine the amount of load force in relation to the moving force.
  • the point of application of the impressed force can be moved to such a point on the lever to close the contact point, that the load force and thus the contact pressure force becomes large, while the point of application of the impressed force are moved to such a location to open the contact point can that the contact pressure is only low and therefore can be easily overcome.
  • the actuating device now only has to apply the force required to move the point of application of the impressed force, and this is much lower than the force required to overcome the contact pressure force. For a smaller magnetic drive is sufficient, this allows smaller sizes and thus lower costs for the drive.
  • a switching mechanism can be driven with actuating forces that are significantly smaller than the contact force to be generated.
  • the moving force generating element engages between a housing fixed abutment and the movable contact lever and the points of application of the moving force are slidably mounted on the abutment and the movable contact lever by means of the actuating device parallel to the movable contact carrier.
  • the impressed force is generated between an abutment and the movable contact lever and is parallel displaced during actuation along the movable contact lever.
  • the impressed force does not change, but it is only the frictional force to overcome.
  • the points of application of the moving force on the abutments forming supports are formed by rollers. It is also advantageous if the points of application of the moving force on the abutments forming bearings are lubricated suitable.
  • the contact points of the moving force forming on the abutments supports are formed by runners.
  • the contact points of the moving force forming on the abutments bearings are formed with ball bearings.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the moving force generating element is pivotally mounted about a fulcrum fixed to the housing, that the contact lever has a bent portion, that the point of application of the moving force to the lever is in the region of the bent portion and means the actuating device on the surface contour of the bent portion is pivotally supporting.
  • the impressed force is rotated over a fixed pivot point along a bent portion of the movable contact.
  • an angled or bent end piece is integrally formed on the end remote from the movable contact piece of the movable contact lever, and the actuator displaces the point of application of the moving force generating element on the lever in the region of the angled or bent end piece to open the contact point.
  • the angled or bent end piece acts as a lever arm, by means of which under the influence of the moving force generating element of the movable contact lever is actively pivoted in the opening direction.
  • the FIG. 1 shows schematically and by way of example a switching device 1 with an insulating material.
  • the switching device 1 extends between two access terminals 19, 20, a current path. This can be interrupted and closed at a contact point.
  • the contact point is formed with a fixed contact piece 2 and a movable contact piece 4.
  • the fixed contact piece 2 is attached to a fixed contact carrier 3.
  • the fixed contact carrier 3 is connected via a line 21 to the access terminal 19 in electrical connection.
  • the movable contact piece 4 is fixed to a movable contact carrier 5.
  • the movable contact carrier 5 is connected via a line 22 to the access terminal 20 in electrical connection.
  • the movable contact carrier 5 is formed as a load arm a2 of a lever.
  • the movable contact piece 4 is located at the in the FIG. 1 left end of the load arm a2.
  • the load arm a2 lies with its right end on a housing-fixed support 11.
  • On the housing-fixed support 11 of the pivot point 7 of the lever is formed, around which the lever can pivot.
  • the lever is a one-armed lever.
  • Opposite the housing-fixed system 11 is a housing-fixed abutment 12. It is a kind of elongated, fixed to the housing bar, which extends with its longitudinal extension direction approximately parallel to the lever, so the movable contact carrier 5.
  • the cylinder compression spring 8 is shown here only as an example of a moving force generating element, an element which causes a restoring spring force between the fixed housing abutment 10 and the movable contact carrier 5.
  • the cylinder compression spring 8 has the movable contact carrier 5 and thus the movable contact piece 4 against the stationary contact piece. 2
  • the cylinder compression spring 8 presses the movable contact carrier 5 and thus the movable contact piece 4 against the stationary contact piece.
  • the cylinder compression spring 8 can be moved parallel to the movable contact carrier 5.
  • the cylinder compression spring 8 and thus their points of application 12, 13 are displaceably mounted on the anvil 10 and the movable contact carrier 5.
  • the shift is due to the action of an actuator.
  • This is symbolically represented here by an operating lever 6, which can be pivoted between a closed position and an open position, and an operative connection line, shown in phantom, between the operating lever 6 and the cylinder compression spring 8.
  • the active compound can be formed in a manner known in principle, for example by means of a mechanical switching mechanism with Verklinkungsstelle, or by a motor drive or a magnetic drive.
  • details of this operative connection between the actuating device and the cylinder compression spring 8 need not be shown.
  • the portion of the lever which extends between the pivot 7 and the point 9 of the cylinder compression spring 8 on the lever forms the force arm, with a length a1.
  • the portion of the lever which extends between the hinge point 7 and the movable contact piece 4 on the lever forms the load arm, with a length a2.
  • the lever is a one-armed lever. Power arm and load arm are together, they have different lengths.
  • the force which the cylinder compression spring 8 exerts on the force arm a1 in the point of action 13 is the moving force F1.
  • the force with which the movable contact piece 4 is pressed against the fixed contact piece 2 is the contact force F2. It arises as a load exerted by the load arm a2.
  • the force required to move the cylinder compression spring 8 in parallel with the lever is the operating force F3.
  • the restoring spring force F1 is structurally determined, as is the length of the load arm a2.
  • the contact force F2 is proportional to the length of the force arm a1.
  • the contact force can be varied.
  • the cylinder compression spring 8 is moved as far as possible to the left by means of the actuator 6.
  • the cylinder compression spring 8 is moved as far as possible to the right by means of the actuator 6.
  • the force required to move the cylinder compression spring 8 actuating force F3, which must be applied by the actuator 6 is substantially lower than the restoring force F1 and the contact force F2.
  • the supports of the cylinder compression spring 8, which form the engagement points 12, 13 of the moving force F1 on the anvil 10 and the movable contact carrier 5, are formed by sliding runners 14, which facilitate moving.
  • the operating force is therefore very low. With a small operating force, a high contact force can be generated.
  • Another spring element can act on the movable contact carrier 5 and this act to open for pivoting in a clockwise direction, away from the fixed contact piece 2. Such an element is not shown here. It would then be interpreted that its force acting on the movable contact carrier 5 only comes into play when the cylinder compression spring 8 is located far to the right, in the open position, and the contact force F2 has become very low according to equation (2).
  • a bent end piece 18angeanget At the end remote from the movable contact piece 4 of the movable contact lever 5, a bent end piece 18angeanget. It bends, starting from the pivot point 7, convex upward from the housing-fixed support 11 away.
  • the actuator 6 moves to open the contact point the point 9 of the cylinder compression spring 8 on the lever in the region of the bent end piece 18, so that the cylinder compression spring 8 then presses against the concave inside of the bent end piece 18.
  • the bent end piece then acts as a lever arm, by means of which, under the influence of the cylinder compression spring 8, the movable contact lever 5 is actively in the opening direction, in the figure, this is pivoted clockwise.
  • FIGS. 2a and 2b show a further embodiment of the invention. This is different from the one in the FIG. 1 shown embodiment in that here the cylinder compression spring 8 'is mounted pivotably about a housing-fixed pivot point 16 and the contact lever 5' has a bent portion (17).
  • the point of application 9 'of the moving force F1 on the lever 5' is located in the region of the bent portion 17 and is pivotably supported by means of the actuating device 6 'on the surface contour of the bent portion 17.
  • the function according to the invention is the same as that in the FIG. 1 illustrated embodiment. Again, the actuating force F3 is much lower than the contact force F2.

Landscapes

  • Mechanisms For Operating Contacts (AREA)
  • Switches With Compound Operations (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät (1) mit einem Kontaktsystem, das einen mit einem feststehenden Kontaktstück (2) versehenen Festkontaktträger (3) und einen mit einem beweglichen Kontaktstück (4) versehenen beweglichen Kontaktträger (5) umfasst, und das eine Betätigungseinrichtung (6) zum Öffnen oder Schließen der von dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktstück (2, 4) gebildeten Kontaktstelle hat, wobei bei geschlossener Kontaktstelle die Kontaktstücke (2, 4) unter Einwirkung einer Kontaktkraft (F2) aneinander gedrückt sind, wobei das Kontaktsystem einen Hebel mit einem Lastarm (a2), einem Kraftarm (a1) und einem Angelpunkt (7) umfasst und der bewegliche Kontaktträger (5) als Lastarm des Hebels ausgebildet ist, wobei die Kontaktkraft (F2) als von dem Lastarm (a2) ausgeübte Lastkraft entsteht, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem ein Element (8) umfasst, das eine auf den Hebel wirkende, bewegende Kraft (F1) erzeugt, wobei die Länge des Kraftarms (a1) durch den Abstand des Angelpunktes (7) von dem Angriffspunkt (9) des die bewegende Kraft (F1) erzeugenden Elementes (8) an dem Hebel bestimmt ist, dass die Betätigungseinrichtung (6) mit dem die bewegende Kraft (F1) erzeugenden Element (8) in Wirkverbindung steht und auf das die bewegende Kraft (F1) erzeugende Element (8) eine den Angriffspunkt (9) der bewegenden Kraft (F1) an dem Hebel verschiebende und damit die Länge des Kraftarms (a1) verändernde Betätigungskraft (F3) ausübt.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Schaltgerät mit einem Kontaktsystem, das einen mit einem feststehenden Kontaktstück versehenen Festkontaktträger und einen mit einem beweglichen Kontaktstück versehenen beweglichen Kontaktträger umfasst, und das eine Betätigungseinrichtung zum Öffnen oder Schließen der von dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktstück gebildeten Kontaktstelle hat, wobei bei geschlossener Kontaktstelle die Kontaktstücke unter Einwirkung einer Kontaktkraft aneinander gedrückt sind, wobei das Kontaktsystem einen Hebel mit einem Lastarm, einem Kraftarm und einem Angelpunkt umfasst und der bewegliche Kontaktträger als Lastarm des Hebels ausgebildet ist, wobei die Kontaktkraft als von dem Lastarm ausgeübte Lastkraft entsteht.
  • Ein solches Schaltgerät ist beispielsweise ein Leitungsschutzschalter, ein Motorschutzschalter, ein Schütz oder dergleichen. Die DE 10 2013 017 381 A1 zeigt einen Leitungsschutzschalter, bei dem eine Kontaktdruckfeder den beweglichen Kontakthebel gegen das feststehende Kontaktstück drückt, der Angriffspunkt der Kontaktdruckfeder an dem beweglichen Kontakthebel ist festgelegt. Zum Öffnen der Kontaktstelle muss mittels einer Betätigungskraft die Kontaktdruckkraft überwunden werden. So zeigt auch die DE 37 37 539 C2 einen Motorschutzschalter mit einer Kontaktbrücke, auf die eine Kontaktfeder zum Schließen der Kontaktstellen wirkt, wobei auch hier zum Öffnen der Kontaktstellen von einer Betätigungseinrichtung eine Kraft aufgebracht werden muss, die größer als die Kontaktdruckkraft ist.
  • Bei heute bekannten Schaltgeräten wird generell über eine Betätigungseinrichtung während der Betätigung eine Kontaktkraft aufgebaut, die von einem Wert 0 bei offenen Kontakten auf einen durch die Auslegung der Kontaktdruckfeder vorgebbaren Wert X bei geschlossener Kontaktstelle ansteigt. Dazu wird in der Regel eine Betätigungskraft benötigt, die größer ist als die erzeugte Kontaktkraft. Insbesondere bei Schaltgeräten mit elektrischer Betätigung wie z.B. bei einem Schütz oder Relais wird durch die Höhe der Betätigungskraft die Auslegung und Dimensionierung des Magnetantriebes bestimmt.
  • Wird bei bekannten Schaltgeräten eine hohe Kontaktkraft gefordert, ist damit eine hohe Betätigungskraft verbunden und damit wird ein voluminöser Antrieb erforderlich, der Einfluss auf die Baugröße und die Kosten des Schaltgerätes hat.
  • Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Schaltgerät zu schaffen, bei dem das Kontaktsystem mit einer Betätigungskraft angetrieben werden kann, die kleiner ist als die zu erzeugende Kontaktkraft.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Kontaktsystem ein Element, das eine auf den Hebel wirkende, bewegende Kraft erzeugt, wobei die Länge des Kraftarms durch den Abstand des Angelpunktes von dem Angriffspunkt des die bewegende Kraft erzeugenden Elementes an dem Hebel bestimmt ist, und die Betätigungseinrichtung steht mit dem die bewegende Kraft erzeugenden Element in Wirkverbindung und übt auf das die bewegende Kraft erzeugende Element eine den Angriffspunkt der bewegenden Kraft an dem Hebel verschiebende und damit die Länge des Kraftarms verändernde Betätigungskraft aus.
  • Der Lösung der Aufgabe liegt die Idee zugrunde, dass bereits während der Montage des Gerätes eine eingeprägte Kraft, nämlich die auf den Hebel wirkende, bewegende Kraft, erzeugt wird, die dann während der Betätigung lediglich verschoben oder verdreht wird. Durch Verschieben oder Verdrehen des Angriffspunktes der eingeprägten Kraft, nämlich der auf den Hebel wirkenden, bewegende Kraft, wird die Länge des Kraftarms verändert, damit auch das Übertragungsverhältnis des Hebels. Das Übertragungsverhältnis des Hebels bestimmt bekanntermaßen den Betrag der Lastkraft im Verhältnis zur bewegenden Kraft. Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät kann zum Schließen der Kontaktstelle der Angriffspunkt der eingeprägten Kraft an eine solche Stelle an dem Hebel verschoben werden, dass die Lastkraft und damit die Kontaktdruckkraft groß wird, während zum Öffnen der Kontaktstelle der Angriffspunkt der eingeprägten Kraft an eine solche Stelle verschoben werden kann, dass die Kontaktdruckkraft nur noch gering ist und daher leicht überwunden werden kann. Die Betätigungseinrichtung muss nun nur noch die zum Verschieben des Angriffspunktes der eingeprägten Kraft erforderliche Kraft aufbringen, und diese ist wesentlich geringer als die zum Überwinden der Kontaktdruckkraft erforderliche Kraft. Dafür genügt nun ein kleinerer Magnetantrieb, dies ermöglicht geringere Baugrößen und damit geringere Kosten für den Antrieb. Im Ergebnis wird erfindungsgemäß erreicht, dass ein Schaltmechanismus mit Betätigungskräften angetrieben werden kann, die deutlich kleiner sind als die zu erzeugende Kontaktkraft.
  • Konstruktiv kann dies auf unterschiedliche Art gelöst werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung greift das die bewegende Kraft erzeugende Element zwischen einem gehäusefesten Gegenlager und dem beweglichen Kontakthebel an und die Angriffspunkte der bewegenden Kraft sind an dem Gegenlager und dem beweglichen Kontakthebel mittels der Betätigungseinrichtung parallel zu dem beweglichen Kontaktträger verschieblich gelagert. Das bedeutet, dass die eingeprägte Kraft zwischen einem Gegenlager und dem beweglichen Kontakthebel erzeugt wird und bei der Betätigung entlang des beweglichen Kontakthebels parallelverschoben wird. Dabei verändert sich die eingeprägte Kraft nicht, sondern es ist nur die Reibungskraft zu überwinden.
  • Besondere Ausgestaltungsmöglichkeiten zur Optimierung werden erreicht, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die die Angriffspunkte der bewegenden Kraft an den Gegenlagern bildenden Auflager durch Rollen gebildet sind. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die die Angriffspunkte der bewegenden Kraft an den Gegenlagern bildenden Auflager geeignet geschmiert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die die Angriffspunkte der bewegenden Kraft an den Gegenlagern bildenden Auflager durch Kufen gebildet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die die Angriffspunkte der bewegenden Kraft an den Gegenlagern bildenden Auflager mit Kugellagern gebildet.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sieht vor, dass das die bewegende Kraft erzeugende Element um einen gehäusefesten Drehpunkt verschwenkbar gelagert ist, dass der Kontakthebel einen gebogenen Abschnitt aufweist, dass der Angriffspunkt der bewegenden Kraft an dem Hebel sich im Bereich des gebogenen Abschnittes befindet und mittels der Betätigungseinrichtung an der Oberflächenkontur des gebogenen Abschnittes sich abstützend verschwenkbar ist. Dabei wird die eingeprägte Kraft über einen festen Drehpunkt entlang einem gebogenen Teilstück des beweglichen Kontaktes verdreht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist an dem dem beweglichen Kontaktstück abgewandten Ende des beweglichen Kontakthebels ein abgewinkeltes oder abgebogenes Endstück angeformt, und die Betätigungseinrichtung verschiebt zum Öffnen der Kontaktstelle den Angriffspunkt des die bewegende Kraft erzeugenden Elementes an dem Hebel in den Bereich des abgewinkelten oder abgebogenen Endstückes. Das abgewinkelte oder abgebogene Endstück wirkt als Hebelarm, mittels dem unter dem Einfluss des die bewegende Kraft erzeugenden Elementes der bewegliche Kontakthebel aktiv in Öffnungsrichtung verschwenkt wird.
  • Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung zweier Ausführungsformen der Erfindung.
  • Es zeigt
    • Figur 1
    schematisch und exemplarisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes,
    Figur 2a
    schematisch und exemplarisch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes, bei geschlossener Kontaktstelle,
    Figur 2b
    schematisch und exemplarisch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes, bei geöffneter Kontaktstelle.
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten oder Baugruppen mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft ein Schaltgerät 1 mit einem Isolierstoffgehäuse. In dem Schaltgerät 1 verläuft zwischen zwei Zugangsklemmen 19, 20 ein Strompfad. Dieser kann an einer Kontaktstelle unterbrochen und geschlossen werden. Die Kontaktstelle ist mit einem feststehenden Kontaktstück 2 und einem beweglichen Kontaktstück 4 gebildet. Das feststehende Kontaktstück 2 ist an einem Festkontaktträger 3 angebracht. Der Festkontaktträger 3 steht über eine Leitung 21 mit der Zugangsklemme 19 in elektrischer Verbindung. Das bewegliche Kontaktstück 4 ist an einem beweglichen Kontaktträger 5 befestigt. Der bewegliche Kontaktträger 5 steht über eine Leitung 22 mit der Zugangsklemme 20 in elektrischer Verbindung.
  • Der bewegliche Kontaktträger 5 ist als Lastarm a2 eines Hebels ausgebildet. Das bewegliche Kontaktstück 4 befindet sich an dem in der Figur 1 linken Ende des Lastarms a2. Der Lastarm a2 liegt mit seinem rechten Ende an einer gehäusefesten Auflage 11 auf. An der gehäusefesten Auflage 11 ist der Angelpunkt 7 des Hebels gebildet, um den sich der Hebel verschwenken kann. Der Hebel ist ein einarmiger Hebel. Gegenüber der gehäusefesten Anlage 11 befindet sich ein gehäusefestes Gegenlager 12. Es ist dies eine Art längserstreckter, gehäusefest angebrachter Balken, der sich mit seiner Längserstreckungsrichtung in etwa parallel zu dem Hebel, also dem beweglichen Kontaktträger 5, erstreckt.
  • Zwischen dem gehäusefesten Gegenlager 10 und dem beweglichen Kontaktträger 5 greift eine Zylinderdruckfeder 8 ein. Die Zylinderdruckfeder 8 ist hier nur beispielhaft für ein eine bewegende Kraft erzeugendes Element dargestellt, ein Element, das eine rückstellende Federkraft zwischen dem gehäusefesten Gegenlager 10 und dem beweglichen Kontaktträger 5 bewirkt. Die Zylinderdruckfeder hat einen Angriffspunkt 12 an dem gehäusefesten Gegenlager 10 und einen Angriffspunkt 13 an dem beweglichen Kontaktträger 5. Die Zylinderdruckfeder 8 drückt den beweglichen Kontaktträger 5 und damit das bewegliche Kontaktstück 4 gegen das feststehende Kontaktstück 2.
  • Die Zylinderdruckfeder 8 kann parallel zu dem beweglichen Kontaktträger 5 verschoben werden. Dazu sind die Zylinderdruckfeder 8 und damit deren Angriffspunkte 12, 13 an dem Gegenlager 10 und dem beweglichen Kontaktträger 5 verschieblich gelagert. Die Verschiebung erfolgt aufgrund der Wirkung einer Betätigungseinrichtung. Diese ist hier symbolisch durch einen Bedienhebel 6 dargestellt, der zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung verschwenkt werden kann, und eine Wirkverbindungslinie, gestrichelt dargestellt, zwischen dem Bedienhebel 6 und der Zylinderdruckfeder 8. Real kann die Wirkverbindung auf im Prinzip bekannte Weise ausgebildet sein, beispielsweise mittels eines mechanischen Schaltwerkes mit Verklinkungsstelle, oder durch einen Motorantrieb beziehungsweise einen Magnetantrieb. Für die Erläuterung des Wirkprinzips der vorliegenden Erfindung brauchen Details dieser Wirkverbindung zwischen der Betätigungseinrichtung und der Zylinderdruckfeder 8 nicht dargestellt zu werden.
  • Unter Verwendung der für Hebelsysteme üblicherweise verwendeten Terminologie bildet der Abschnitt des Hebels, der sich zwischen dem Angelpunkt 7 und dem Angriffspunkt 9 der Zylinderdruckfeder 8 auf dem Hebel erstreckt, den Kraftarm, mit einer Länge a1. Der Abschnitt des Hebels, der sich zwischen dem Angelpunkt 7 und dem beweglichen Kontaktstück 4 auf dem Hebel erstreckt, bildet den Lastarm, mit einer Länge a2. Der Hebel ist ein einarmiger Hebel. Kraftarm und Lastarm liegen zusammen, sie haben unterschiedliche Länge.
  • Die Kraft, die die Zylinderdruckfeder 8 auf den Kraftarm a1 im Angriffspunkt 13 ausübt, ist die bewegende Kraft F1. Die Kraft, mit der das bewegliche Kontaktstück 4 gegen das feststehende Kontaktstück 2 gedrückt wird, ist die Kontaktkraft F2. Sie entsteht als von dem Lastarm a2 ausgeübte Lastkraft. Die Kraft, die benötigt wird, um die Zylinderdruckfeder 8 parallel zu dem Hebel zu verschieben, ist die Betätigungskraft F3.
  • Aufgrund des Hebelgesetzes gilt: F1 xa1 = F2 x a2. Umgestellt nach F2 ergibt sich: F 2 = F 1 / a 2 × a 1
    Figure imgb0001
  • Die rückstellende Federkraft F1 ist konstruktiv festgelegt, ebenso die Länge des Lastarms a2. Der Term (F1/a2) kann in erster Näherung daher als konstant angesehen werden. Es ergibt sich: F 2 = K × a 1
    Figure imgb0002
  • Die Kontaktkraft F2 ist proportional zur Länge des Kraftarms a1. Durch Verschieben der Zylinderdruckfeder 8 lässt sich die Kontaktkraft variieren. Zum Einschalten des Gerätes wird man a1 möglichst groß wählen, die Zylinderdruckfeder 8 wird mittels der Betätigungseinrichtung 6 möglichst weit nach links bewegt. Zum Öffnen der Kontaktstelle wird man a1 möglichst klein machen, die Zylinderdruckfeder 8 wird mittels der Betätigungseinrichtung 6 möglichst weit nach rechts bewegt. Die zum Bewegen der Zylinderdruckfeder 8 benötigte Betätigungskraft F3, die von der Betätigungseinrichtung 6 aufgebracht werden muss, ist wesentlich geringer als die rückstellende Kraft F1 und die Kontaktkraft F2.
  • F3 muss im Prinzip nur die Reibungskräfte an den Angriffspunkten 12 und 13 zwischen der Zylinderdruckfeder 8 und dem gehäusefesten Gegenlager 10 und dem beweglichen Kontaktträger 5 überwinden. Dazu sind die Auflager der Zylinderdruckfeder 8, die die Angriffspunkte 12, 13 der bewegenden Kraft F1 an dem Gegenlager 10 und dem beweglichen Kontaktträger 5 bilden, durch gleitende Kufen 14 gebildet, die das Verschieben erleichtern. Die Betätigungskraft ist daher sehr gering. Mit einer kleinen Betätigungskraft kann eine hohe Kontaktkraft erzeugt werden.
  • Ein weiteres Federelement kann an dem beweglichen Kontaktträger 5 angreifen und diesen zum Öffnen zum Verschwenken im Uhrzeigersinn, weg von dem feststehenden Kontaktstück 2, beaufschlagen. Ein solches Element ist hier nicht dargestellt. Es wäre dann so auszulegen, dass seine Kraftwirkung auf den beweglichen Kontaktträger 5 nur zum Tragen kommt, wenn die Zylinderdruckfeder 8 sich weit rechts befindet, in der Öffnungsstellung, und die Kontaktkraft F2 gemäß Gleichung (2) sehr niedrig geworden ist.
  • An dem dem beweglichen Kontaktstück 4 abgewandten Ende des beweglichen Kontakthebels 5 ist ein abgebogenes Endstück 18angeformt. Es biegt sich, ausgehend von dem Angelpunkt 7, konvex nach oben von der gehäusefesten Auflage 11 weg. Die Betätigungseinrichtung 6 verschiebt zum Öffnen der Kontaktstelle den Angriffspunkt 9 der Zylinderdruckfeder 8 an dem Hebel in den Bereich des abgebogenen Endstückes 18, so dass die Zylinderdruckfeder 8 dann gegen die konkave Innenseite des abgebogenen Endstücks 18 drückt. Das abgebogene Endstück wirkt dann als Hebelarm, mittels dem unter dem Einfluss der Zylinderdruckfeder 8 der bewegliche Kontakthebel 5 aktiv in Öffnungsrichtung, in der Abbildung ist das im Uhrzeigersinn, verschwenkt wird.
  • Die Figuren 2a und 2b zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass hier die Zylinderdruckfeder 8' um einen gehäusefesten Drehpunkt 16 verschwenkbar gelagert ist und der Kontakthebel 5' einen gebogenen Abschnitt (17) aufweist. Der Angriffspunkt 9' der bewegenden Kraft F1 an dem Hebel 5'befindet sich im Bereich des gebogenen Abschnittes 17 und ist mittels der Betätigungseinrichtung 6' an der Oberflächenkontur des gebogenen Abschnittes 17 sich abstützend verschwenkbar. Wie aus Figur 2a und 2b hervorgeht, ist die erfindungsgemäße Funktion darüber hinaus dieselbe wie bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform. Auch hier ist die Betätigungskraft F3 wesentlich niedriger als die Kontaktkraft F2.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaltgerät
    1'
    Schaltgerät
    2
    feststehendes Kontaktstück
    2'
    feststehendes Kontaktstück
    3
    Festkontaktträger
    3'
    Festkontaktträger
    4
    bewegliches Kontaktstück
    4'
    bewegliches Kontaktstück
    5
    beweglicher Kontaktträger
    6
    Betätigungseinrichtung
    6'
    Betätigungseinrichtung
    7
    Angelpunkt
    8
    eine bewegende Kraft erzeugendes Element
    8'
    eine bewegende Kraft erzeugendes Element
    9
    Angriffspunkt
    9'
    Angriffspunkt
    10
    gehäusefestes Gegenlager
    11
    gehäusefeste Auflage
    12
    Angriffspunkt der bewegenden Kraft F1 an dem Gegenlager
    13
    Angriffspunkt der bewegenden Kraft F1 an dem beweglichen Kontaktträger
    14
    Kufe
    15
    Rolle
    16
    gehäusefester Drehpunkt
    17
    gebogener Abschnitt
    18
    Endstück
    18'
    Endstück
    19
    Zugangsklemme
    20
    Zugangsklemme
    21
    Leitung
    22
    Leitung
    F1
    bewegende Kraft
    F2
    Kontaktkraft
    F3
    Betätigungskraft
    a1
    Kraftarm
    a2
    Lastarm

Claims (8)

  1. Schaltgerät (1) mit einem Kontaktsystem, das einen mit einem feststehenden Kontaktstück (2) versehenen Festkontaktträger (3) und einen mit einem beweglichen Kontaktstück (4) versehenen beweglichen Kontaktträger (5) umfasst, und das eine Betätigungseinrichtung (6) zum Öffnen oder Schließen der von dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktstück (2, 4) gebildeten Kontaktstelle hat, wobei bei geschlossener Kontaktstelle die Kontaktstücke (2, 4) unter Einwirkung einer Kontaktkraft (F2) aneinander gedrückt sind, wobei das Kontaktsystem einen Hebel mit einem Lastarm (a2), einem Kraftarm (a1) und einem Angelpunkt (7) umfasst und der bewegliche Kontaktträger (5) als Lastarm des Hebels ausgebildet ist, wobei die Kontaktkraft (F2) als von dem Lastarm (a2) ausgeübte Lastkraft entsteht,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem ein Element (8) umfasst, das eine auf den Hebel wirkende, bewegende Kraft (F1) erzeugt, wobei die Länge des Kraftarms (a1) durch den Abstand des Angelpunktes (7) von dem Angriffspunkt (9) des die bewegende Kraft (F1) erzeugenden Elementes (8) an dem Hebel bestimmt ist, dass die Betätigungseinrichtung (6) mit dem die bewegende Kraft (F1) erzeugenden Element (8) in Wirkverbindung steht und auf das die bewegende Kraft (F1) erzeugende Element (8) eine den Angriffspunkt (9) der bewegenden Kraft (F1) an dem Hebel verschiebende und damit die Länge des Kraftarms (a1) verändernde Betätigungskraft (F3) ausübt.
  2. Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die bewegende Kraft (F1) erzeugende Element (8) zwischen einem gehäusefesten Gegenlager (10) und dem beweglichen Kontaktträger (5) angreift und die Angriffspunkte (12, 13) der bewegenden Kraft (F1) an dem Gegenlager (10) und dem beweglichen Kontaktträger (5) mittels der Betätigungseinrichtung (6) parallel zu dem beweglichen Kontaktträger (5) verschieblich gelagert sind.
  3. Schaltgerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Angriffspunkte (12, 13) der bewegenden Kraft (F1) an dem Gegenlager (10) und dem beweglichen Kontaktträger (5) bildenden Auflager durch Rollen (15) gebildet sind.
  4. Schaltgerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Angriffspunkte (12, 13) der bewegenden Kraft (F1) an dem Gegenlager (10) und dem beweglichen Kontaktträger (5) bildenden Auflager durch Kufen (14) gebildet sind.
  5. Schaltgerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Angriffspunkte (12, 13) der bewegenden Kraft an dem Gegenlager (10) und dem beweglichen Kontaktträger (5) bildenden Auflager mit Kugellagern gebildet sind.
  6. Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die bewegende Kraft (F1) erzeugende Element (8') um einen gehäusefesten Drehpunkt (16) verschwenkbar gelagert ist, dass der Kontakthebel (5') einen gebogenen Abschnitt (17) aufweist, dass der Angriffspunkt (9') der bewegenden Kraft (F1) an dem Hebel (5') sich im Bereich des gebogenen Abschnittes (17) befindet und mittels der Betätigungseinrichtung (6') an der Oberflächenkontur des gebogenen Abschnittes (17) sich abstützend verschwenkbar ist.
  7. Schaltgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem beweglichen Kontaktstück (4, 4') abgewandten Ende des beweglichen Kontakthebels (5, 5') ein abgewinkeltes oder abgebogenes Endstück (18, 18') angeformt ist, und dass die Betätigungseinrichtung (6, 6') zum Öffnen der Kontaktstelle den Angriffspunkt (9, 9') des die bewegende Kraft erzeugenden Elementes (8, 8') an dem Hebel in den Bereich des abgewinkelten oder abgebogenen Endstückes (18, 18') verschiebt.
  8. Schaltgerät (1,1') nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die bewegende Kraft erzeugende Element (8, 8') ein eine rückstellende Federkraft hervorbringendes Federelement ist.
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