EP3293746A1 - Schaltschloss für einen elektrischen schalter und elektrischer schalter mit solch einem schaltschloss - Google Patents

Schaltschloss für einen elektrischen schalter und elektrischer schalter mit solch einem schaltschloss Download PDF

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EP3293746A1
EP3293746A1 EP17179689.9A EP17179689A EP3293746A1 EP 3293746 A1 EP3293746 A1 EP 3293746A1 EP 17179689 A EP17179689 A EP 17179689A EP 3293746 A1 EP3293746 A1 EP 3293746A1
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Definitions

  • the invention relates to a switch lock for an electrical switch and an electrical switch with such a switch lock.
  • the maximum stored energy is used in this invention for actuating the switching mechanism.
  • the invention is therefore based on the object to provide a switching mechanism for an electrical switch, which uses as much stored energy to actuate the switching shaft as possible.
  • the switch block for an electric switch comprises a spring, a latching mechanism and an actuating element, with which a switching shaft of the electric switch is actuated for opening (OFF position) or closing (ON position) of the electric current, wherein when closing the electric current, the actuator is operated in the direction of the ON position and thereby the spring is tensioned and upon reaching the ON position of the latching mechanism releases the energy of the spring for actuating the switching shaft of the electrical switch.
  • the advantage here is that the maximum energy content of the spring is utilized. By locking the spring is deflected maximum and transfer the maximum energy to the shift shaft. In conventional switching locks, the energy of the spring is already released at about 70%. It is used not only the energy of the spring advantage, but also the larger lever arm of the sliding axis to the spring axis, whereby a significantly larger torque is applied to the shift shaft. It is also advantageous that no frictional fluctuations occur at the switching point of the mechanism. Also, the switching point is independent of the operating speed of the actuating element. Due to the locking mechanism, the release is not determined by an equilibrium of forces which is impaired by external influences. A further advantage is that the switching mechanism can be implemented in a small space.
  • the actuating element is designed as a rocker arm or as a rotary lever.
  • the latching mechanism is activated by touching the actuating element.
  • the electric switch according to claim 4 which comprises a switching mechanism according to the invention and a switching shaft, wherein the switching shaft is actuated by the energy of the spring.
  • the latching mechanism releases the energy of the spring for actuating the switching shaft of the electrical switch, and the switching shaft brings at least one moving contact into mechanical contact with a fixed contact.
  • the electrical switch is designed as a circuit breaker.
  • an electrical switch 500 is shown with a switching mechanism 100.
  • the electrical switch 500 includes a switching shaft 510 that is connected to electrical contacts.
  • these may be moving contacts 521, 521 'and fixed contacts 522, 522'.
  • the electrical contacts 521, 521 '; 522, 522 ' open or close the electrical switch 500.
  • the switching mechanism 100 further comprises an actuating element 130.
  • This may be, for example, a rocker arm 130. It is also conceivable that the actuating element 130 is designed as a rotary lever.
  • the switch cam 100 includes a spring 110 and a latch mechanism 120.
  • the procedure of how the actuator 130 operates the switch shaft 510 of the electric switch 500 to open (OFF position) or close (ON position) the electric current will be described below further explained.
  • the spring 110 When closing the electric current, ie the operation of the actuating element 130 in the direction of the ON position, the spring 110 is tensioned.
  • the spring 110 serves as an energy store and can not yet release this energy to the switching shaft 510 of the electrical switch 500 due to the latching mechanism 120. Only when reaching the ON position, the latching mechanism 120 releases the energy of the spring 110 for actuating the switching shaft 510 of the electric switch 500.
  • FIG. 1 the switching point U of the switching mechanism 100 according to the invention is shown.
  • the semicircular path from the OFF position to the ON position is shown for a rocker arm 130.
  • the rocker arm 130 is moved in the direction of the ON position and thereby biases the spring 110.
  • the energy is released for actuating the selector shaft 510.
  • FIG. 1 is a typical switching point U SdT , as is known in the art, shown.
  • this switching point is at 70% of the way of the rocker arm 130 between the OFF position and the ON position. Due to the fact that the switchover point from the prior art U SdT is at 70%, the movement further in the direction of the ON position does not build up any further energy in the spring 110 of the electrical switch 500.
  • the switching point U is arranged directly at the ON position and the entire path of the rocker arm 130 is used for tensioning the spring 110.
  • the switching ie the release of the energy of the spring 110 for actuating the switching shaft 510 of the electrical switch 500, is activated by the contact of the actuating element 130 or the rocker arm 130 with the latching mechanism 120.
  • FIG. 2 the energy stored in the spring 110 is plotted against the path of the rocker arm 130.
  • energy is generated in the spring 110 by operation of the rocker arm 130 toward the ON position.
  • the switching point U SdT is reached at about 70% of the way of the rocker arm 130, which releases the operation of the switching shaft 510.
  • the switching point U moves towards the ON position.
  • the way to the ON position is also used to store energy in the spring 110, so to tension them.
  • 100 more energy can be stored in the spring 110 with the switching mechanism 100 according to the invention.
  • the maximum energy content of the spring 110 is used.
  • latching mechanism 120 the spring 110 is deflected maximum and transferred the maximum energy to the switching shaft 510 of the electric switch 500. In conventional toggle switch locks this is already released at about 70%.
  • the release of the energy of the spring 110 is determined by the latching mechanism 120 rather than a balance of forces that is subject to and affected by external influences.
  • the switching mechanism 100 according to the invention has no frictional or speed-related fluctuations at the switching point.
  • the spring 110 is maximally utilized in its energy, it can be designed to be smaller and thus cheaper and more mechanically stable.

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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
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Abstract

Es wird ein Schaltschloss für einen elektrischen Schalter offenbart, wobei das Schaltschloss eine Feder, einen Verrastmechanismus und ein Betätigungselement umfasst, mit welchem eine Schaltwelle des elektrischen Schalters betätigt wird zum Öffnen (OFF-Position) oder Schließen (ON-Position) des elektrischen Stroms, wobei beim Schließen des elektrischen Stroms das Betätigungselement in Richtung der ON-Position betätigt wird und dadurch die Feder gespannt wird und bei Erreichen der ON-Position der Verrastmechanismus die Energie der Feder freigibt zur Betätigung der Schaltwelle des elektrischen Schalters.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltschloss für einen elektrischen Schalter und einen elektrischen Schalter mit solch einem Schaltschloss.
  • Durch die immer höher werdenden Anforderungen an Leistungsschalter bezüglich der Baugröße, Stromtragfähigkeit usw. werden auch die Anforderungen an die innere Mechanik immer anspruchsvoller. Aus diesem Grund ist in der Bauteilauslegung speziell am Schaltschloss durch die hohe Federkraft, welche zum Schalten der Kontakte und erzeugen der Kontaktkraft bzw. des Durchdruckwinkels benötigt wird, eine physikalische Grenze erreicht.
  • Bisher wird in Schaltschlössern die Energie bis zum Umschaltpunkt des Schaltschlosses aufgebaut. Am Umschaltpunkt beginnt die Drehung der Schaltwelle zum Öffnen oder Schließen des elektrischen Schalters.
  • Um die mechanische Beanspruchung auf Bauteile so gering wie möglich zu gestalten, wird in dieser Erfindung die maximal gespeicherte Energie herangezogen zum Betätigen des Schaltschlosses.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltschloss für einen elektrischen Schalter zur Verfügung zu stellen, welches zum Betätigen der Schaltwelle so viel gespeicherte Energie wie möglich verwendet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Schaltschloss für einen elektrischen Schalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltschlosses sind in Unteransprüchen angegeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenso durch den elektrischen Schalter gemäß Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters sind in den Unteransprüchen 5 und 6 angegeben.
  • Das Schaltschloss für einen elektrischen Schalter gemäß Anspruch 1 umfasst eine Feder, einen Verrastmechanismus und ein Betätigungselement, mit welchem eine Schaltwelle des elektrischen Schalters betätigt wird zum Öffnen (OFF-Position) oder Schließen (ON-Position) des elektrischen Stromes, wobei beim Schließen des elektrischen Stromes das Betätigungselement in Richtung der ON-Position betätigt wird und dadurch die Feder gespannt wird und bei Erreichen der ON-Position der Verrastmechanismus die Energie der Feder freigibt zur Betätigung der Schaltwelle des elektrischen Schalters.
  • Vorteilhaft hierbei ist, dass der maximale Energiegehalt der Feder ausgenutzt wird. Durch die Verrastung wird die Feder maximal ausgelenkt und die maximale Energie an die Schaltwelle übertragen. Bei üblichen Schaltschlössern wird die Energie der Feder bereits bei ca. 70 % freigegeben. Es wird nicht nur die Energie der Feder vorteilhaft genutzt, sondern auch der größere Hebelarm von Gleitachse bis Federachse, wodurch ein deutlich größeres Drehmoment an der Schaltwelle anliegt. Ebenso ist vorteilhaft, dass keine reibungsbedingten Schwankungen am Umschaltpunkt des Mechanismus auftreten. Auch ist der Umschaltpunkt unabhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit des Betätigungselements. Durch die Verrastmechanismus wird die Freigabe nicht über ein Kräftegleichgewicht bestimmt, welches durch äußere Einflüsse beeinträchtigt wird. Vorteilhaft ist weiter, dass das Schaltschloss in einem geringen Bauraum umsetzbar ist. Durch die maximale Ausnutzung der Federenergie kann diese kleiner und somit günstiger und mechanisch stabiler ausgelegt werden. Ebenso vorteilhaft ist die Erhöhung der Einschaltsicherheit. Durch die definierte Energiemenge, welche keinen Schwankungen durch äußere Einflüsse unterliegt, ist eine genauere Abstimmung zwischen Schaltschloss und Schaltwelle gegeben.
  • In einer Ausgestaltung ist das Betätigungselement als Kipphebel oder als Drehhebel ausgebildet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird der Verrastmechanismus durch Berührung des Betätigungselements aktiviert.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenso durch den elektrischen Schalter gemäß Anspruch 4 gelöst, der ein erfindungsgemäßes Schaltschloss umfasst und eine Schaltwelle, wobei die Schaltwelle betätigbar ist von der Energie der Feder.
  • In einer Ausgestaltung des elektrischen Schalters gibt bei Erreichen der ON-Position der Verrastmechanismus die Energie der Feder frei zur Betätigung der Schaltwelle des elektrischen Schalters und die Schaltwelle bringt mindestens einen Bewegkontakt mit einem Festkontakt in mechanischen Kontakt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist der elektrische Schalter als Leistungsschalter ausgebildet.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung so wie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    Umschaltpunkt im Stand der Technik und erfindungsgemäßer Umschaltpunkt zwischen ONPosition und OFF-Position;
    Figur 2
    vereinfachte Darstellung der Energie über dem Weg des Betätigungselements; und
    Figur 3
    Elektrischer Schalter mit erfindungsgemäßem Schaltschloss.
  • In Figur 3 ist ein elektrischer Schalter 500 mit einem Schaltschloss 100 dargestellt. Der elektrische Schalter 500 umfasst eine Schaltwelle 510, die mit elektrischen Kontakten verbunden ist. Beispielsweise können dies Bewegkontakte 521, 521' und Festkontakte 522, 522' sein. Durch eine Drehung der Schaltwelle 510 können die elektrischen Kontakte 521, 521'; 522, 522' den elektrischen Schalter 500 öffnen oder schließen.
  • Das Schaltschloss 100 umfasst weiter ein Betätigungselement 130. Dies kann beispielsweise ein Kipphebel 130 sein. Ebenso ist denkbar, dass das Betätigungselement 130 als Drehhebel ausgebildet ist.
  • Weiter umfasst das Schaltschloss 100 eine Feder 110 und einen Verrastmechanismus 120. Der Ablauf, wie vom Betätigungselement 130 die Schaltwelle 510 des elektrischen Schalters 500 betätigt wird zum Öffnen (OFF-Position) oder Schließen (ON-Position) des elektrischen Stromes, wird im Folgenden weiter dargelegt.
  • Beim Schließen des elektrischen Stromes, d. h. der Betätigung des Betätigungselements 130 in Richtung der ON-Position, wird die Feder 110 gespannt. Die Feder 110 dient als Energiespeicher und kann diese Energie aufgrund des Verrastmechanismus 120 noch nicht auf die Schaltwelle 510 des elektrischen Schalters 500 abgeben. Erst bei Erreichen der ON-Position gibt der Verrastmechanismus 120 die Energie der Feder 110 frei zur Betätigung der Schaltwelle 510 des elektrischen Schalters 500.
  • In Figur 1 ist der Umschaltpunkt U des erfindungsgemäßen Schaltschlosses 100 dargestellt. Dazu wird für einen Kipphebel 130 der halbkreisförmige Weg von der OFF-Position zur ON-Position dargestellt. Der Kipphebel 130 wird in Richtung der ON-Position bewegt und spannt dadurch die Feder 110. Am Umschaltpunkt U des Energiespeichers bzw. der Feder 110 wird die Energie freigegeben zur Betätigung der Schaltwelle 510.
  • In Figur 1 ist ein typischer Umschaltpunkt USdT, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, dargestellt. Typischerweise liegt dieser Umschaltpunkt bei 70 % des Weges des Kipphebels 130 zwischen der OFF-Position und der ON-Position. Dadurch, dass der Umschaltpunkt aus dem Stand der Technik USdT bei 70% liegt, wird durch die Bewegung weiter in Richtung der ON-Position keine weitere Energie in der Feder 110 des elektrischen Schalters 500 aufgebaut. Vorteilhaft ist also beim erfindungsgemäßen Schaltschloss 100, dass der Umschaltpunkt U an der ON-Position direkt angeordnet ist und der gesamte Weg des Kipphebels 130 zum Spannen der Feder 110 verwendet wird.
  • Das Umschalten, also die Freigabe der Energie der Feder 110 zur Betätigung der Schaltwelle 510 des elektrischen Schalters 500, wird durch die Berührung des Betätigungselements 130 bzw. des Kipphebels 130 mit dem Verrastmechanismus 120 aktiviert. Dadurch, dass der Kipphebel 130 mit dem Verrastmechanismus 120 in mechanischen Kontakt kommt, kommt es zu der Aktivierung des Verrastmechanismus 120 und somit zu einer Betätigung der Schaltwelle 510.
  • In Figur 2 ist die in der Feder 110 gespeicherte Energie über dem Weg des Kipphebels 130 aufgetragen. Beginnend von der OFF-Position wird durch die Betätigung des Kipphebels 130 in Richtung der ON-Position Energie in der Feder 110 aufgebaut. Im Stand der Technik wird bei ca. 70 % des Weges des Kipphebels 130 der Umschaltpunkt USdT erreicht, der die Betätigung der Schaltwelle 510 freigibt. Durch das erfindungsgemäße Schaltschloss 100 verschiebt sich der Umschaltpunkt U hin zur ON-Position. Dadurch wird ebenso der Weg bis zur ON-Position verwendet, um Energie in der Feder 110 zu speichern, also diese zu spannen. Insgesamt kann mit dem erfindungsgemäßen Schaltschloss 100 mehr Energie in der Feder 110 gespeichert werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Schaltschloss 100 wird der maximale Energiegehalt der Feder 110 genutzt. Durch den Verrastmechanismus 120 wird die Feder 110 maximal ausgelenkt und die maximale Energie an die Schaltwelle 510 des elektrischen Schalters 500 übertragen. Bei herkömmlichen Kipphebel-Schaltschlössern wird diese bereits bei etwa 70 % freigegeben.
  • Die Freigabe der Energie der Feder 110 wird durch den Verrastmechanismus 120 und nicht über ein Kräftegleichgewicht bestimmt, welches äußeren Einflüssen unterliegt und durch diese beeinträchtigt wird. Somit weist das erfindungsgemäße Schaltschloss 100 keine reibungsbedingten oder geschwindigkeitsbedingten Schwankungen am Umschaltpunkt auf.
  • Dadurch, dass die Feder 110 maximal in ihrer Energie ausgenutzt wird, kann diese kleiner und somit günstiger und mechanisch stabiler ausgelegt werden.
  • Durch die definierte Energiemenge, welche keine Schwankungen durch äußere Einflüsse erfährt, ist eine engere Abstimmung zwischen Schaltschloss und Schaltwelle möglich.

Claims (6)

  1. Schaltschloss (100) für einen elektrischen Schalter (500), wobei das Schaltschloss (100) eine Feder (110), einen Verrastmechanismus (120) und ein Betätigungselement (130) umfasst, mit welchem eine Schaltwelle (510) des elektrischen Schalters (500) betätigt wird zum Öffnen (OFF-Position) oder Schließen (ON-Position) des elektrischen Stroms,
    dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen des elektrischen Stroms das Betätigungselement (130) in Richtung der ON-Position betätigt wird und dadurch die Feder (110) gespannt wird und bei Erreichen der ON-Position der Verrastmechanismus (120) die Energie der Feder (110) freigibt zur Betätigung der Schaltwelle (510) des elektrischen Schalters (500).
  2. Schaltschloss (100) gemäß Anspruch 1, bei dem das Betätigungselement (130) als Kipphebel oder als Drehhebel ausgebildet ist.
  3. Schaltschloss (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verrastmechanismus (120) durch Berührung des Betätigungselements (130) aktiviert wird.
  4. Elektrischer Schalter (500) mit einem Schaltschloss (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche und einer Schaltwelle (510), wobei die Schaltwelle (510) betätigbar ist von der Energie der Feder (110).
  5. Elektrischer Schalter (500) gemäß Anspruch 4, bei dem bei Erreichen der ON-Position der Verrastmechanismus (120) die Energie der Feder (110) freigibt zur Betätigung der Schaltwelle (510) des elektrischen Schalters (500) und die Schaltwelle (510) mindestens einen Bewegkontakt (521; 521') mit einem Festkontakt (522; 522') in mechanischen Kontakt bringt.
  6. Elektrischer Schalter (500) gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem der elektrische Schalter (500) als Leistungsschalter ausgebildet ist.
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EP (1) EP3293746B1 (de)
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