DE10010727C2 - Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Gestaltung eines in Nieder­ spannungsnetzen eingesetzten Leistungsschalters anzuwenden, der mit einem einen Klinkenmechanismus aufweisenden Schalt­ schloss ausgerüstet ist.

Bei den vorbenannten Leistungsschaltern verwendete Schalt­ schlösser dienen als mechanisches Zwischenglied zwischen den Antriebsgliedern und den Kontaktgliedern und umfassen alle mechanischen Glieder, die der Schaltübersetzung beim Ein­ schalten - zum Schließen von relativ zueinander bewegbaren Schaltkontakten - und beim Auslösen - zum Öffnen der Schalt­ kontakte- sowie der Verklinkung - Sperren des Kontaktappara­ tes des Leistungsschalters in der jeweiligen Schaltstellung - dienen. Der Klinkenmechanismus ist ein häufig verwendetes Konstruktionsmittel in Schaltschlössern.

Eine bekannte Einrichtung zur Steuerung der Einschaltung ei­ nes Leistungsschalters weist ein Schaltschloss auf, bei dem sich ein Ausschalt-Klinkenhebel an einer Auslöse-Halbwelle abstützt. Die Auslöse-Halbwelle dient dazu, die Kontaktglie­ der in der Einschaltstellung zu verklinken und diese Verklin­ kung wieder aufheben zu können. Die Aufhebung der Verklinkung erfolgt, indem Bewegungen von Betätigungs- oder Auslösevor­ richtungen auf Funktionselemente (Mitnehmer, Ausleger) über­ tragen werden, die mit dem zentralen Schaft der Auslöse-Halb­ welle in nicht weiter dargestellter Weise verbunden sind und die von diesem Schaft radial abragen. Es erfolgt eine Kraftumwandlung, infolge derer die Auslöse-Halbwelle eine ge­ ringe, ruckartige Schwenkbewegung ausführt und damit den in einem Halbwellenbereich des zentralen Schaftes abgestützten Ausschalt-Klinkenhebel freigibt. Das bekannte Schaltschloss weist weiterhin eine Einschalt-Halbwelle auf, an der sich ein Einschalt-Klinkenhebel abstützt. Durch eine geringe, ruckar­ tige Schwenkung der Einschalt-Halbwelle wird der gleichfalls in einem Halbwellenbereich des zentralen Schaftes dieser Halbwelle abgestützte Einschalt-Klinkenhebel freigegeben. Der Einschalt-Klinkenhebel ist mechanisch mit einem Energiespei­ cher verbunden, dessen Energie nach Freigabe des Einschalt- Klinkenhebels derart auf die Kontaktglieder übertragen wird, dass die Schaltkontakte geschlossen und somit der Leistungs­ schalter eingeschaltet wird. Zur Schwenkung der Einschalt- Halbwelle werden gleichfalls Bewegungen von Betätigungs- oder Auslösevorrichtungen auf von einem zentralen Schaft der Einschalt-Halbwelle radial abragende Funktionselemente übertragen (DE 43 33 828 C1).

Die Mechanik eines solchen Schaltschlosses unterliegt auf­ grund des Einsatzes von Niederspannungs-Leistungsschaltern an wichtigen Stellen elektrischer Anlagen hohen Qualitätsanfor­ derungen. Insbesondere die mit den Klinkenhebeln zusammenwir­ kenden Halbwellenbereiche der zentralen Schäfte unterliegen besonderen Anforderungen an Maßhaltigkeit, Oberflächengüte und Festigkeit. Die Freigabe des Ausschalt-Klinkenhebels beim Auslösen und die Freigabe des Einschalt-Klinkenhebels beim Einschalten müssen bei genau vorgegebenen Winkelstellungen der Halbwellen und bei bestimmten geforderten Krafteinwirkungen der Betätigungs- oder Auslösevorrichtungen stattfinden. Um diesen Anforderungen zu genügen, werden derartige Halbwellen als Baugruppen aus mehreren Einzelteilen hergestellt. Insbesondere werden die mit den Halbwellenbereichen und mit endseitigen Lagerzapfen versehen, zentralen Schäfte als Dreh- und Frästeil aus Rundstahl hergestellt. Da die benötigten Funktionselemente, wie beispielsweise Elemente zur Aufnahme und Halterung von Rückstellfedern, Betätigungsarme zur Krafteinleitung oder Betätigungsarme für Verriegelungselemente, aus dem gleichen Halbzeug und mit den genannten Bearbeitungsverfahren weniger gut herstellbar sind, kombiniert man den als Dreh-Frästeil ausgebildeten zentralen Schaft beispielsweise mit als Kunststoffspitzteil oder als Metallblechteil ausgebildeten Funktionselementen, deren konstruktive Ausgestaltung im Bereich des zentralen Schaftes eine lagerichtige, dauerhafte und drehfeste Verbindung mit dem zentralen Schaft sicherstellt.

An sich ist für das Schaltschloss eines Niederspannungs-Leis­ tungsschalters auch eine Auslösewelle bekannt, bei der der als Vollwelle ausgebildete zentrale Schaft und die mittig und an den Enden radial abragenden Funktionselemente als ein ein­ stückiges Kunststoffteil ausgebildet sind. Damit die Auslö­ sung bei der vorgegebenen Winkelstellung der Auslösewelle und bei der geforderten Krafteinwirkung stattfinden kann, wirkt ein Verklinkungselement mit einem speziell vorgefertigten, in präziser Lage drehfest in das Kunststoffteil eingebetteten Metallteil zusammen (DE 28 12 320 C2).

Eine Verklinkungsanordnung, die ebenfalls einen als Vollwelle ausgebildeten zentralen Schaft aufweist ist beispielsweise auch in einem bekannten Fehlerstromschalter vorgesehen. Dem zentralen Schaft ist ein aus einem Verbindungssteg und zwei Lagerwangen gebildeter drehfester Träger zugeordnet. Dieser Träger trägt zusätzlich zu einer die Verklinkungsfläche bildenden Verklinkungsnase und einem als Auslösehebel ausgebildeten Funktionselement auch einen Massenausgleich. Dabei sind sowohl das Funktionselement als auch der Massenausgleich axial mittig an dem Verbindungssteg befestigt und erstrecken sich auf radial gegenüberliegenden Seiten parallel zur Achse der Vollwelle (DE 40 05 713 A1).

An sich ist weiterhin bekannt, die Schaltwelle eines Nieder­ spannungs-Leistungsschalters und die von dieser Schaltwelle radial abragenden Hebel als in einem Metallgießverfahren her­ gestellte einstückige Schaltwelleneinheit auszubilden. Die Schaltwelle dient der Übertragung einer Antriebskraft der An­ triebsglieder auf die bewegbaren Schaltkontakte. Hierbei sind die vom zentralen Schaft dieser Schaltwelle abragenden Hebel mechanisch mit den Antriebsgliedern und/oder den Kontaktglie­ dern verbunden. Derartige Schaltwellen unterliegen daher nicht den für Klinkenmechanismen bekannten hohen Forderungen bezüglich der Oberflächengüte (DE 197 27 853 C1).

Ausgehend von einem Schaltschloss mit den Merkmalen des Ober­ begriffs des Anspruchs 1 (DE 43 33 828 C1) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gestalt der Halbwellen so zu opti­ mieren, dass sie kostengünstiger herstellbar sind.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Schaft und die radial abragenden Funktionselemente einer Halbwelle als ein in einem Urformverfahren hergestellter ein­ stückiger Metallkörper ausgebildet sind, an dem zentralen Schaft zusätzlich ein nockenartigr ausgebildeter Massenaus­ gleich angeformt ist und der Massenausgleich an dem einen Ende und die Funktionselemente an dem anderen Ende des zen­ tralen Schaftes angeordnet sind.

Mit dem Begriff "Urformverfahren" sind Gießverfahren oder Sinterverfahren gemeint, zu denen insbesondere das Feingießen und das MIM-Verfahren (Metall-Injection-Molding) gehören.

Derartige Urformverfahren gestatten es, bei hoher konstrukti­ ver Gestaltungsfreiheit die Halbwellen als einstückige hoch­ feste Bauteile mit gleichmäßig hoher Oberflächengüte und Maß­ genauigkeit zu fertigen. Die einzelnen Funktionselemente er­ fordern hierbei zur lagerichtigen und drehfesten Anordnung auf dem zentralen Schaft keine besondere konstruktive Ausge­ staltung und können daher axial dichter aneinander gereiht sein. Hierdurch kann die axiale Baulänge und entsprechend auch die notwendige Stützweite des zentralen Schaftes insge­ samt wesentlich kürzer gewählt werden. Bei verkürzter Stütz­ weite kann auch der Querschnitt des zentralen Schaftes we­ sentlich kleiner als bei den bekannten Halbwellen ausgebildet sein, da die Biegebeanspruchung des zentralen Schaftes durch die einwirkende Kraft des abgestützten Klinkenhebels geringer ist. Eine derart dimensionierte Halbwelle weist auch ein geringes Gewicht und damit ein geringes Trägheitsmoment auf und kann demzufolge insbesondere bei Kurzschlüssen den einwirkenden Kräften schneller folgen. - Der Massenausgleich dient der Erhöhung der statischen Schockfestigkeit, wobei die Funktionselemente konstruktiv frei gestaltbar sind, da der Massenausgleich von den Funktionselementen räumlich getrennt angeordnet ist.

Wenn man zusätzlich jede der beiden Halbwellen des Schalt­ schlosses so ausgestaltet, dass sie sowohl die zum Einschal­ ten erforderlichen als auch die zum Auslösen erforderlichen Funktionselemente trägt, dann kann der gleiche Metallkörper sowohl als Einschalt-Halbwelle als auch als Auslöse-Halbwelle dienen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren bis 3 dargestellt.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Schaltschloss mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Klinkenmechanismus,

Fig. 2 eine Halbwelle, die gemäß Fig. 1 ein erstes Mal als Einschalt-Halbwelle und ein zweites Mal als Auslöse-Halbwelle verwendet ist, und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Schaltschlosses gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Schaltschloss mit einem Einschalt-Klinken­ hebel 1, der sich an einer Einschalt-Halbwelle 2 abstützt, und einem Ausschalt-Klinkenhebel 3, der sich an einer Auslö­ sehalbwelle 21 abstützt. Die Einschalt-Halbwelle 2 und die Auslöse-Halbwelle 21 sind identisch ausgebildet. Dabei ist die Halbwelle 21 gegenüber der Halbwelle 2 - um 180° in der die zentralen Schäfte beider Halbwellen einschließenden Ebene gedreht - angeordnet.

Gemäß Fig. 2 weist die Halbwelle 2 einen an seinen beiden Enden mit Lagerzapfen 4 versehenen zentralen Schaft 5 auf, der an dem einen Ende mehrere radial abragende Funktionselemente 6, 7, 8, 9 und an dem anderen Ende einen Massenaus­ gleich 10 trägt. Etwa in der Mitte des zentralen Schaftes 5 ist ein mit einer Verklinkungsfläche 11 versehener Halbwel­ lenbereich 12 ausgebildet. Die Halbwelle 2 ist als in einem Feingießverfahren hergestellter, einstückiger, aus Stahl be­ stehender Metallkörper ausgebildet.

Ein erstes Funktionselement 6 ist als ein Betätigungshebel ausgebildet, der einen ersten Betätigungszapfen 13 sowie ei­ nen Haken 14 zur Aufnahme eines Schenkels einer Rückstellfe­ der 15 (vgl. Fig. 1) aufweist. Ein zweites Funktionselement 7 weist einen zweiten Betätigungszapfen 16 auf und ist mit einer nockenartigen Kontur 17 (vgl. Fig. 1) versehen, die der axialen Lagesicherung der Rückstellfeder 15 dient. Hier­ bei ragen das erste Funktionselement 6 und das zweite Funkti­ onselement 7 in entgegengesetzten Richtungen vom zentralen Schaft 5 der Halbwelle 2 ab. Zwei weitere Funktionselemente 8, 9 sind als flache Konturen ausgebildet und dienen gleich­ falls der Lagesicherung der Rückstellfeder 15. Sie ragen - gegenüber der nockenartigen Kontur 17 jeweils um 90° versetzt - vom zentralen Schaft 5 ab. Der an dem anderen Ende des zentralen Schaftes angeordnete Massenausgleich 10 dient als Gegengewicht gegenüber der Masse der radial abragenden Funk­ tionselemente 6, 7, 8, 9 und bewirkt eine Verlagerung des Schwerpunktes der Halbwelle 2 in Richtung des zentralen Schaftes 5. Damit ist sichergestellt, dass durch die Ge­ wichtskräfte der Funktionselemente allein keine Schwenkung der Halbwelle verursacht wird (Schockfestigkeit).

Gemäß der Fig. 3 wird zum Auslösen (Ausschalten) des Leistungsschalters der erste Betätigungszapfen 13 der Aus­ löse-Halbwelle 21 durch nicht detailliert dargestellte elek­ trische und/oder mechanische Auslöse- oder Betätigungsein­ richtungen 18 derart beaufschlagt, dass die Auslöse-Halbwelle 21 eine geringe Schwenkung entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt und damit der Ausschalt-Klinkenhebel 3 seine Abstützung an der Verklinkungsfläche 11 verliert und freigegeben wird. Zum Einschalten des Leistungsschalters wird der zweite Betä­ tigungszapfen 16 der Einschalt-Halbwelle 2 durch ebenfalls nicht detailliert dargestellte elektrische und/oder mechani­ sche Auslöse- oder Betätigungseinrichtungen 19 derart beauf­ schlagt, dass die Einschalt-Halbwelle 2 um einen geringen Winkel im Uhrzeigersinn gedreht wird und der Einschalt-Klin­ kenhebel 1 seine Abstützung an der Verklinkungsfläche 11 der Einschalt-Halbwelle 2 verliert. Für ein genaues Auslösen und Einschalten des Leistungsschalters bei vorgegebenen Winkel­ stellungen der Halbwellen und unter Einwirkung genau vorbe­ stimmter Kräfte ist die Oberflächengüte und die konzentrische Lage der Verklinkungsfläche 11 maßgebend. Um beide Eigen­ schaften zu optimieren, kann die Verklinkungsfläche 11 durch das Urformverfahren zunächst erhaben ausgebildet und durch ein spanabhebendes Verfahren nachbearbeitet sein. Der erste Betätigungszapfen 13 der Einschalt-Halbwelle 2 dient zur Leerschaltung des Leistungsschalters und wird durch einen nicht detailliert dargestellten Leerschalthebel 20 be­ tätigt.

Claims (2)

1. Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Einschalt-Klinkenhebel (1), der sich an einer Ein­ schalt-Halbwelle (2) abstützt, und einem Ausschalt-Klinken­ hebel (3), der sich an einer Auslöse-Halbwelle (21) abstützt, wobei jede Halbwelle (2, 21) einen an seinen beiden Enden mit Lagerzapfen (4) versehenen, aus Metall bestehenden, zentralen Schaft (5) aufweist, der verschiedene radial abragende Funk­ tionselemente (6, 7, 8, 9) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schaft (5) und die radial abragenden Funktionselemente (6, 7, 8, 9) einer Halbwelle als ein in einem Urformverfahren hergestellter einstückiger Metallkörper ausgebildet sind,
an dem zentralen Schaft (5) zusätzlich ein nockenartig ausgebildeter Massenausgleich (10) angeformt ist und
der Massenausgleich (10) an dem einen Ende und die Funktionselemente (6, 7, 8, 9) an dem anderen Ende des zentralen Schaftes (5) angeordnet sind.

2. Schaltschloss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Halbwellen (2, 21) sowohl die zum Einschalten erforderlichen als auch die zum Auslösen erforderlichen Funktionselemente (6, 7, 8, 9) trägt.