EP3293746B1 - 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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EP3293746B1
EP3293746B1 EP17179689.9A EP17179689A EP3293746B1 EP 3293746 B1 EP3293746 B1 EP 3293746B1 EP 17179689 A EP17179689 A EP 17179689A EP 3293746 B1 EP3293746 B1 EP 3293746B1
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spring
breaker
energy
shaft
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Johannes Welzl
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Siemens AG
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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 to operate the switch mechanism.
  • a switch lock for a circuit breaker with a switching gate, two toggle levers which are connected via a toggle lever axis, a helical lock spring and a release lever for controlling the tipping point and thus controlling the release of the switching shaft.
  • the ZA 9 901 853 B discloses a circuit breaker with separable fixed and movable contact, one movable Contact carrier assembly comprising a movable contact arm to which the movable contact is attached adjacent a first end, and means for pivotably supporting the movable contact arm adjacent a second end. Further disclosed is an actuation mechanism which is operatively connected to the movable contact carrier assembly to move the movable contact carrier assembly between a closed position in which the separable contacts are closed to conduct current and an open position in which the separable contacts are open. to interrupt electricity, to turn.
  • An operating handle is provided for operating the operating mechanism and for setting the movable contact carrier assembly in the closed position and the open position.
  • a releasable retainer is used to hold the movable contact arm when the movable contact carrier assembly is in the open position and to release the movable contact arm when the operating handle reaches the closed position.
  • a circuit breaker with a crank for connecting a switching mechanism to the contact pole structure is presented.
  • the crank has a pair of cam surfaces that cooperate with a locking lever to limit movement of the operating handle when the circuit breaker contacts are welded.
  • the locking lever is arranged so that it does not interfere with the handle under normal operating conditions.
  • the invention is therefore based on the object of providing a switch lock for an electrical switch which uses as much stored energy as possible to actuate the switch shaft.
  • the switch lock for an electrical switch comprises a spring, a latching mechanism and an actuating element with which a switching shaft of the electrical switch is actuated to open (OFF position) or close (ON position) the electric current, wherein when closing the electric current, the actuating element is actuated in the direction of the ON position and thereby the spring is tensioned and when the ON position is reached, the latching mechanism releases the energy of the spring to actuate the switching shaft of the electrical switch.
  • the advantage here is that the maximum energy content of the spring is used.
  • the latching deflects the spring to the maximum and transfers the maximum energy to the selector shaft.
  • the energy of the spring is already released at approx. 70%. It is not only the energy of the spring that is used advantageously, but also the larger lever arm from the sliding axis to the spring axis, whereby a significantly higher torque is applied to the selector shaft. It is also advantageous that there are no friction-related fluctuations at the switchover point of the mechanism.
  • the switching point is also independent of the operating speed of the operating element. Due to the locking mechanism, the release is not determined by an equilibrium of forces that is impaired by external influences. It is also advantageous that the switch lock can be implemented in a small installation 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 electrical switch according to claim 4 which comprises a switch lock according to the invention and a switch shaft, the switch shaft being actuatable by the energy of the spring.
  • the latching mechanism releases the energy of the spring to actuate 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 power switch.
  • the electrical switch 500 comprises a switching shaft 510 which is connected to electrical contacts.
  • these can 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 switch lock 100 further comprises an actuating element 130.
  • This can be a rocker arm 130, for example. It is also conceivable that the actuating element 130 is designed as a rotary lever.
  • the switch lock 100 further comprises a spring 110 and a latching mechanism 120.
  • the sequence of how the actuating element 130 actuates the switching shaft 510 of the electrical switch 500 to open (OFF position) or close (ON position) the electrical current is described below further set out.
  • the spring 110 When the electrical current is closed, ie when the actuating element 130 is actuated in the direction of the ON position, the spring 110 is tensioned.
  • the spring 110 serves as an energy store and, due to the latching mechanism 120, cannot yet transfer this energy to the switching shaft 510 of the electrical switch 500. Only when the ON position is reached does the latching mechanism 120 release the energy of the spring 110 to actuate the switching shaft 510 of the electrical switch 500.
  • FIG. 1 the switching point U of the switch lock 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 tensions the spring 110.
  • the energy for actuating the switching shaft 510 is released.
  • FIG 1 a typical switchover point U SdT , as is known from the prior art, is shown.
  • this switchover point is 70% of the travel of the rocker arm 130 between the OFF position and the ON position. Because the switchover point from the prior art U SdT is 70%, no further energy is built up in the spring 110 of the electrical switch 500 as a result of the movement further in the direction of the ON position. It is therefore advantageous in the case of the switch lock 100 according to the invention that the switchover point U is arranged directly at the ON position and the entire path of the rocker arm 130 is used to tension the spring 110.
  • the switchover that is to say 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. Because the rocker arm 130 comes into mechanical contact with the latching mechanism 120, the latching mechanism 120 is activated and the switching shaft 510 is thus actuated.
  • the switch lock 100 makes use of the maximum energy content of the spring 110.
  • the spring 110 is deflected to the maximum by the latching mechanism 120 and the maximum energy is transmitted to the switching shaft 510 of the electrical switch 500. With conventional toggle switch locks, this is already released at around 70%.
  • the release of the energy of the spring 110 is determined by the latching mechanism 120 and not via an equilibrium of forces which is subject to external influences and is impaired by them.
  • the switch lock 100 according to the invention does not have any friction-related or speed-related fluctuations at the switchover point.
  • the energy of the spring 110 is used to the maximum, it can be designed to be smaller and thus more economical and mechanically more stable.
  • the defined amount of energy which does not experience any fluctuations due to external influences, enables closer coordination between the key switch and the shift shaft.

Landscapes

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

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.
  • In der DE 44 42 417 C1 wird ein Schaltschloss für einen Leistungsschalter offenbart, mit einer Schaltkulisse, zwei Kniehebeln, die über eine Kniehebelachse verbunden sind, einer schraubenförmigen Schlossfeder und einem Freigabehebel zur Steuerung des Kipppunktes und damit der Steuerung der Freigabe der Schaltwelle.
  • Die ZA 9 901 853 B offenbart einen Leistungsschalter mit trennbarem festen und beweglichen Kontakt, einer beweglichen Kontaktträgeranordnung mit einem beweglichen Kontaktarm, an dem der bewegliche Kontakt benachbart zu einem ersten Ende befestigt ist, und einer Einrichtung, die den beweglichen Kontaktarm benachbart zu einem zweiten Ende schwenkbar lagert. Weiter ist ein Betätigungsmechanismus offenbart, der operativ mit der beweglichen Kontaktträgeranordnung verbunden ist, um die bewegliche Kontaktträgeranordnung zwischen einer geschlossenen Position, in der die trennbaren Kontakte geschlossen sind, um Strom zu leiten, und einer offenen Position, in der die trennbaren Kontakte offen sind, um Strom zu unterbrechen, zu drehen. Ein Betätigungsgriff ist vorgesehen zum Betätigen des Betätigungsmechanismus und zum Einstellen der beweglichen Kontaktträgeranordnung in die geschlossene Position und die offene Position. Eine lösbare Halteeinrichtung dient zum Halten des beweglichen Kontaktarms, wenn sich die bewegliche Kontaktträgeranordnung in der offenen Position befindet, und zum Freigeben des beweglichen Kontaktarms, wenn der Betätigungsgriff die geschlossene Position erreicht.
  • In der EP 1 039 499 A2 wird ein Schaltungsunterbrecher mit einer Kurbel zum Verbinden eines Schaltmechanismus mit der Kontaktpolstruktur vorgestellt. Die Kurbel hat ein Paar Nockenflächen, die mit einem Sperrhebel zusammenwirken, um die Bewegung des Betätigungsgriffs zu begrenzen, wenn die Kontakte des Leistungsschalters verschweißt werden. Der Sperrhebel ist so angeordnet, dass er den Handgriff unter normalen Betriebsbedingungen nicht behindert.
  • 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 ON-Position 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,
    wobei 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)
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beginnend von der OFF-Position durch die Betätigung des Betätigungselements (130) in Richtung der ON-Position Energie in der Feder (110) aufgebaut wird.
  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.
EP17179689.9A 2016-09-08 2017-07-05 Schaltschloss für einen elektrischen schalter und elektrischer schalter mit solch einem schaltschloss Active EP3293746B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016217106.2A DE102016217106A1 (de) 2016-09-08 2016-09-08 Schaltschloss für einen elektrischen Schalter und elektrischer Schalter mit solch einem Schaltschloss

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Publication Number Publication Date
EP3293746A1 EP3293746A1 (de) 2018-03-14
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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17179689.9A Active EP3293746B1 (de) 2016-09-08 2017-07-05 Schaltschloss für einen elektrischen schalter und elektrischer schalter mit solch einem schaltschloss

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US (1) US10580608B2 (de)
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