-
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1.
-
Ein gattungsgemäßer elektrischer Schalter wird beispielsweise von der Siemens AG unter dem Produktnamen Sentron 3VL vertrieben. Dieser elektrische Schalter weist einen Spannhebel auf, der im eingeschalteten Zustand des Schalters eine durch Federspannung gespannte Spannhebelstellung einnimmt. Außerdem ist eine Verklinkungseinrichtung vorhanden, die den Spannhebel in der gespannten Spannhebelstellung verklinken kann.
-
In der
DE 31 39 497 A1 wird ein elektrisches Schaltgerät offenbart mit wenigstens einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen Schaltstück, das an einem schwenkbar gelagerten Träger angebracht ist, sowie ein Schaltschloss, das einen durch ein Handbetätigungsorgan antreibbaren Hebel sowie einen durch einen Auslöser freigebbaren Klinkenhebel umfasst. Eine rasche Öffnung des beweglichen Schaltstückes bei großem Öffnungswinkel wird dadurch erreicht, dass der Träger des beweglichen Schaltstückes bezüglich seiner Lagerachse als Winkelhebel ausgebildet ist, wobei der eine Hebelarm das bewegliche Schaltstück trägt und der andere Hebelarm gelenkig mit einer Schaltstange verbunden ist, die sich über eine Stützschwinge ortsfest abstützt und gleichfalls gelenkig mit einem zweiarmigen Hebel verbunden ist, dessen einer Hebelarm als Klinkenhebel dient und dessen anderer Hebelarm mit dem Handbetätigungsorgan zusammenwirkt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter anzugeben, bei dem auch im Falle eines Verschleißes der Verklinkungseinrichtung ein zuverlässiges Entklinken der Verklinkungseinrichtung gewährleistet ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schalters sind in Unteransprüchen angegeben. Weiter wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Verklinkungseinrichtung eines elektrischen Schalters gemäß Patentanspruch 9 und durch ein Verfahren zum Verklinken und Entklinken einer Verklinkungseinrichtung gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
-
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verklinkungseinrichtung einen Kipphebel umfasst, der um ein Drehlager drehbar an dem Spannhebel befestigt ist, und die Verklinkungseinrichtung eine um einen Schwenkpunkt schwenkbare Klinke umfasst, die sich im verklinkten Zustand auf dem Kipphebel abstützt und dadurch das Schwenken des Spannhebels verhindert und - nach einem Entklinken der Verklinkungseinrichtung - von dem Kipphebel wegschwenkt und dabei den Kipphebel um das Drehlager dreht oder zumindest drehen kann. Eine durch das Drehlager und einen Kontaktpunkt, an dem sich die schwenkbare Klinke auf dem Kipphebel abstützt, hindurchgehende gedachte gerade Linie von dem Schwenkpunkt der schwenkbaren Klinke weist einen Abstand auf, so dass der Kipphebel auf die schwenkbare Klinke ein Drehmoment erzeugt, das die schwenkbare Klinke von dem Kipphebel wegschwenken will. Durch dieses Drehmoment lässt sich ein selbsttätiges Wegschwenken der Klinke gewährleisten, wenn diese nicht mehr durch andere Teile des Schalters in ihrer sich auf dem Kipphebel abstützenden Position gehalten wird.
-
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters ist darin zu sehen, dass ein Entklinken der Verklinkungseinrichtung auch im Falle eines Verschleißes der Oberfläche des Kipphebels und/oder der sich darauf abstützenden Kontaktfläche der Klinke ein leichtes und schnelles Entklinken möglich bleibt. Selbst wenn durch Reibung oder Formschluss ein Rutschen der Klinke auf dem Kipphebel nicht möglich ist, kann die Klinke von dem Kipphebel wegschwenken, weil der Kipphebel an dem Spannhebel drehbar ist und von der Klinke gedreht werden kann, so dass selbst bei Beibehaltung des Kontaktpunktes zwischen Klinke und Kipphebel (z. B durch Formschluss oder Haftreibung) ein Wegschwenken der Klinke, ein Entklinken der Verklinkungseinrichtung und eine Freigabe des Spannhebels möglich ist.
-
Eine Außenfläche des Kipphebels kann beispielsweise derart beschaffen sein, dass durch Formschluss oder Haftreibung ein Rutschen der schwenkbaren Klinke auf der Außenfläche verhindert und stets eine Drehbewegung des Kipphebels um das Drehlager hervorgerufen wird, wenn entklinkt wird.
-
Mit Blick auf ein Arretieren der Klinke in ihrer sich auf dem Kipphebel abstützenden Position wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Schalter eine Auslösewelle aufweist, die - im verklinkten Zustand der Verklinkungseinrichtung - mit einem Anschlag an der Klinke anliegt und ein Wegschwenken der Klinke von dem Kipphebel verhindert.
-
Vorzugsweise ist an dem Kipphebel ein Bolzen angebracht, der in einer Führungskulisse des Spannhebels geführt wird, wobei die Führungskulisse einen Schwenkwinkel des Kipphebels um den Spannhebel begrenzt. Die Führungskulisse ist bevorzugt durch ein Loch oder ein Langloch gebildet.
-
Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Verklinkungseinrichtung eine Feder aufweist, die sich mit einem Federende an einer Auslösewelle abstützt und mit einem anderen Federende auf der Klinke aufliegt und ein Drehmoment erzeugt, das zu dem Drehmoment, das der Kipphebel auf die Klinke ausübt, entgegengesetzt ist. Eine solche Feder kann beispielsweise dazu dienen, die Klinke beim Spannen des Spannhebels in eine definierte Position zu bringen.
-
Die Federkraft der Feder ist vorzugsweise derart bemessen, dass das durch die Feder erzeugte Drehmoment kleiner als das von dem Kipphebel erzeugte Drehmoment ist.
-
Zur Bedienung weist der Schalter vorzugsweise einen Schalthebel auf, der ein Ein- und Ausschalten des Schalters durch eine Bedienperson ermöglicht und mit dem Spannhebel in Verbindung steht.
-
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Verklinkungseinrichtung für einen elektrischen Schalter, wie er oben beschrieben ist. Erfindungsgemäß ist diesbezüglich vorgesehen, dass die Verklinkungseinrichtung einen Kipphebel umfasst, der um ein Drehlager drehbar an dem Spannhebel befestigbar ist, und die Verklinkungseinrichtung eine um einen Schwenkpunkt schwenkbare Klinke umfasst, die sich im verklinkten Zustand auf dem Kipphebel abstützt und dadurch das Schwenken des Spannhebels verhindert und - nach einem Entklinken der Verklinkungseinrichtung - von dem Kipphebel wegschwenkt und dabei den Kipphebel um das Drehlager dreht oder zumindest drehen kann.
-
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Verklinkungseinrichtung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schalter verwiesen, da die Vorteile der erfindungsgemäßen Verklinkungseinrichtung denen des erfindungsgemäßen Schalters im Wesentlichen entsprechen.
-
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Verklinken und Entklinken einer Verklinkungseinrichtung eines elektrischen Schalters. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass zum Verklinken der Verklinkungseinrichtung eine um einen Schwenkpunkt schwenkbare Klinke in eine Position geschwenkt wird, in der sich die Klinke auf einem um ein an einem Spannhebel angebrachtes Drehlager drehbaren Kipphebel abstützt und dadurch das Schwenken des Spannhebels verhindert, und zum Entklinken der Verklinkungseinrichtung ein Wegschwenken der schwenkbaren Klinke von dem Kipphebel ermöglicht wird, wobei während des Wegschwenkens der schwenkbaren Klinke die schwenkbare Klinke den Kipphebel um das an dem Spannhebel angebrachte Drehlager dreht.
-
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schalter verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens denen des erfindungsgemäßen Schalters im Wesentlichen entsprechen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:
- 1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen elektrischen Schalter mit einem Ausführungsbeispiel für eine Verklinkungseinrichtung in einer dreidimensionalen Sicht schräg von oben, wobei der eingeschaltete und verklinkte Zustand des Schalters gezeigt ist, und
- 2-6 unterschiedliche Querschnitte des Schalters gemäß 1, anhand derer die Arbeitsweise der Verklinkungseinrichtung näher erläutert wird.
-
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
-
Die 1 zeigt Bestandteile eines Ausführungsbeispiels für einen elektrischen Schalter 10, bei dem es sich beispielsweise um einen elektrischen Leistungsschalter handeln kann. Der Schalter 10 befindet sich bei der Darstellung gemäß 1 in seinem eingeschalteten Zustand, in dem der Schaltmechanismus verklinkt ist.
-
Man erkennt in der 1 einen Schalthebel 20, der mit einem Spannhebel 30 in Verbindung steht. Auf den Spannhebel 30 wirkt u. a. die Federkraft einer Schaltfeder 35 ein, die den Spannhebel 30 in der Darstellung gemäß 1 entgegen dem Uhrzeigersinn nach oben schwenken will. Ein solches Verschwenken des Spannhebels 30 wird bei dem Schalter 10 im eingeschalteten und verklinkten Zustand durch eine Verklinkungseinrichtung 40 verhindert, von der in der Figur lediglich ein Kipphebel 50 gut erkennbar ist.
-
Die 2 zeigt den Schalter 10 in einem Querschnitt. Es lässt sich erkennen, dass der Spannhebel 30 um ein Drehlager D1 schwenkbar gelagert ist. Die Schaltfeder 35 bewirkt ein Drehmoment M, das den Spannhebel 30 um das Drehlager D1 nach oben schwenken will. Das Verschwenken des Spannhebels 30 wird durch die Verklinkungseinrichtung verhindert, die u. a. eine Klinke 60 umfasst. Ein oberes Klinkenende 61 der Klinke 60 ist an einem Schwenkpunkt SP schwenkbar gehalten, so dass die Klinke 60 um diesen Schwenkpunkt SP schwenken kann.
-
Ein unteres Klinkenende 62 der Klinke 60 stützt sich im eingeschalteten und verklinkten Zustand auf dem Kipphebel 50 ab.
-
Die 2 zeigt, dass der Kipphebel 50 mittels eines Drehlagers D2 drehbar an dem Spannhebel 30 befestigt ist. Die Dreh- bzw. Schwenkbewegung des Kipphebels 50 um das Drehlager D2 wird durch ein Langloch 70 begrenzt, das in dem Spannhebel 30 ausgebildet ist. In dem Langloch 70 ist ein Bolzen 80 geführt, der fest mit dem Kipphebel 50 verbunden, zum Beispiel vernietet, ist. Wird also der Kipphebel 50 um das Drehlager D2 gedreht, so ist eine Drehung nur so lange möglich, bis der Bolzen 80 das jeweilige Lochende des Langlochs 70 erreicht hat.
-
Die 2 zeigt darüber hinaus weitere Bestandteile des Schalters 10, nämlich einen oberen Knickhebel 90 sowie eine Koppellasche 95, die für die weiteren Erläuterungen der Arbeitsweise der Verklinkungseinrichtung jedoch keine Rolle spielen.
-
In der 3 ist die Verklinkungseinrichtung näher im Detail gezeigt. Man erkennt die Klinke 60, deren oberes Klinkenende 61 schwenkbar am Schwenkpunkt SP befestigt ist. Darüber hinaus lässt sich in der 3 gut erkennen, dass das untere Klinkenende 62 an einem Kontaktpunkt K auf dem Kipphebel 50 aufliegt und sich auf diesem abstützt. Wie bereits erwähnt, kann sich der Kipphebel 50 um das Drehlager D2 im Rahmen des durch den Bolzen 80 und das Langloch 70 definierten maximalen Schwenkwinkelbereichs drehen.
-
Da auf den Spannhebel 30 das Drehmoment M einwirkt, das den Spannhebel 30 in der 3 nach oben schwenken will, übt der Kipphebel 50 ein Drehmoment M1 auf die Klinke 60 aus. Das Drehmoment M1 wird von dem Kipphebel 50 erzeugt, weil der Kraftvektor F, der sich entlang der Verbindungslinie zwischen dem Drehlager D2 und dem Kontaktpunkt K erstreckt, an dem Schwerpunkt SP vorbeigeführt ist.
-
Bei der Darstellung gemäß 3 kommt es trotz des Drehmoments M1 zu keinem Verschwenken der Klinke 60, da die Klinke 60 von einem in der 3 nicht dargestellten Anschlag einer Auslösewelle des Schalters gehalten wird.
-
Die 4 zeigt den Schalter in einem anderen Querschnitt, der eine Auslösewelle 100 des Schalters mit ihrem Anschlag 110 zeigt. Es lässt sich erkennen, dass in der eingeschalteten und verriegelten Stellung des Schalters 10 der Anschlag 110 ein Schwenken der Klinke 60 entgegen dem Uhrzeigersinn verhindert.
-
Die 4 zeigt darüber hinaus eine Feder 120, die sich mit einem Federende 121 an einem Gegenstück abstützt. Das andere Federende 122 liegt auf der Klinke 60 auf und erzeugt ein Drehmoment M2, das die Klinke 60 um den Schwenkpunkt SP im Uhrzeigersinn drehen will. Das Drehmoment M2, das die Feder 120 erzeugt, ist somit zu dem Drehmoment M1, das der Kipphebel 50 auf die Klinke 60 ausübt, entgegengesetzt.
-
Die Federkraft der Feder 120 ist derart bemessen, dass das Drehmoment M2 kleiner ist als das Drehmoment M1, das der Kipphebel 50 ausübt. Würde also der Anschlag 110 der Auslösewelle 100 nicht an dem unteren Klinkenende 62 anliegen und ein Schwenken der Klinke 60 verhindern, so würde die Klinke 60 aufgrund des Drehmoments M1 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Schwenkpunkt SP schwenken, die Verklinkungseinrichtung entklinken und ein Ausschalten des Schalthebels des Schalters ermöglichen.
-
Soll nun der Schalter ausgeschaltet werden, so muss die Auslösewelle 100 lediglich um ihre Drehachse 130 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt werden, damit der Anschlag 110 außer Eingriff mit dem unteren Klinkenende 62 der Klinke 60 gelangen kann. Wird nämlich der Anschlag 110 entgegen dem Uhrzeigersinn nach unten geschwenkt, so wird der Kipphebel 50 mit seinem Drehmoment M1 die Klinke 60 verschwenken, damit die Verklinkungseinrichtung entklinken und den Schalter ausschalten kann.
-
Die 5 zeigt das Aufliegen des unteren Klinkenendes 62 auf der Außenfläche 52 des Kipphebels 50 näher im Detail. Der Kontaktpunkt zwischen dem unteren Klinkenende 62 und der Außenfläche 52 ist mit dem Bezugszeichen K gekennzeichnet.
-
Wird der Anschlag 110 gemäß 4 in der 4 nach unten geschwenkt, so dass die Klinke 60 freigegeben wird, so wird das Drehmoment M1, das der Kipphebel 50 auf die Klinke 60 ausübt, zu einem Verschwenken der Klinke 60 relativ zu dem Kipphebel 50 führen. Je nach der Ausgestaltung der Außenfläche 52 können nun unterschiedliche Fälle auftreten:
-
Variante 1:
-
- Ist die Außenfläche 52 ausreichend glatt, so kann das untere Klinkenende 62 auf der Außenfläche 52 rutschen bzw. gleiten, so dass ein Verschwenken der Klinke 60 ohne eine Mitwirkung des Kipphebels 50 bzw. ohne ein Verdrehen des Kipphebels 50 möglich ist. Ein Entriegeln der Verriegelungseinrichtung würde also erfolgen, indem der Kontaktpunkt K auf der Außenfläche 52 weggleitet.
-
Variante 2:
-
- Ist die Außenfläche 52 jedoch nicht ausreichend glatt bzw. die Reibung zu groß, beispielsweise aufgrund eines Verschleißes des Schalters 10 bzw. der Außenfläche 52, so kann es dazu kommen, dass das untere Klinkenende 62 nicht auf der Außenfläche 52 gleiten kann und somit keine Relativbewegung zwischen dem Kontaktpunkt K und der Außenfläche 52 stattfinden kann. In diesem Fall wird es jedoch trotzdem zu einem Verschwenken der Klinke 60 kommen, weil nämlich der Kipphebel 50 um das Drehlager D2 drehbar, vorzugsweise reibungsarm drehbar, gelagert ist. Das Drehmoment M1 führt dann dazu, dass die Klinke 60 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird und dabei den Kipphebel 50 entlang der Pfeilrichtung P im Uhrzeigersinn dreht. Der Kontaktpunkt K zwischen dem unteren Klinkenende 62 und der Außenfläche 52 bleibt dabei unverändert erhalten, da das untere Klinkenende 62 nicht auf der Außenfläche 52 rutscht, sondern die Außenfläche 52 und damit den Kipphebel 50 insgesamt in eine Drehung versetzt. Da der Kipphebel 50 im Rahmen dessen, was das Langloch 70 und der Bolzen 80 (vgl. 2) vorgibt, drehbar ist, kann also der Kipphebel 50 im Uhrzeigersinn entlang der Pfeilrichtung P drehen und damit ein Schwenken der Klinke 60 um den Schwenkpunkt SP (vgl. 3) ermöglichen. Bei der Variante 2 kommt es also zu einem Schwenken der Klinke 60 aufgrund der Haftreibung am Kontaktpunkt K und der sich aufgrund des Drehmoments M1 ergebenden Drehung des Kipphebels 50.
-
Variante 3:
-
- Bildet die Außenfläche 52 mit dem unteren Klinkenende 62 einen Formschluss, so dass das untere Klinkenende 62 auf der Außenfläche 52 fixiert ist, so wird das untere Klinkenende 62 den Kipphebel 50 drehen, wie dies im Zusammenhang mit der Variante 2 erläutert worden ist. Das Auslösen der Verriegelungseinrichtung erfolgt also infolge eines Wegdrehens des Kipphebels 50.
-
Die 6 zeigt das Zusammenwirken zwischen der Klinke 60 und dem Kipphebel 50 nochmals in einer anderen Darstellung näher im Detail. Es lässt sich erkennen, dass der Kraftvektor F, den die Klinke 60 auf dem Kipphebel 50 ausübt, durch den Kontaktpunkt K und die Mitte des Drehlagers D2 hindurchgeführt ist. Die Verbindungslinie zwischen dem Kontaktpunkt K und dem Drehlager D2 weist einen Abstand D zum Schwenkpunkt SP auf, um den die Klinke 60 drehbar gehalten ist. Aufgrund dieses Abstands D kann der Kipphebel 50 bzw. die Außenfläche des Kipphebels 50 das Drehmoment M1 erzeugen, das die Klinke 60 nach einer Freigabe durch die Auslösewelle 100 (vgl. 4) schwenkt und die Verklinkungseinrichtung 40 entklinkt. Sobald die Klinke 60 verschwenkt ist, wird der Spannhebel 30 nicht mehr von der Klinke 60 daran gehindert, entgegen dem Uhrzeigersinn in der 6 nach oben zu schwenken und den Schalter abzuschalten.
-
Zusammengefasst basiert das Verklinken der Verklinkungseinrichtung also auf dem Zusammenspiel der Feder 120, dem Anschlag 110, der Klinke 60 und dem Kipphebel 50 (vgl. 4), wobei ein sicheres und zuverlässiges Entklinken der Verklinkungseinrichtung 40 dadurch gewährleistet wird, dass ein Schwenken der Klinke 60 durch Gleiten auf der Außenfläche 52 des Kipphebels 50 und/oder durch Drehen des Kipphebels 50 um das Drehlager D2 erfolgen kann. Selbst wenn also aufgrund eines Verschleißes der Außenfläche 52 ein Gleiten der Klinke 60 auf der Außenfläche 52 nicht mehr möglich ist und die Klinke 60 somit klemmen könnte oder würde, bleibt dennoch ein sicheres Entklinken gewährleistet, weil nämlich anstelle eines Gleitens ein Abrollen auf der Außenfläche 52 des Kipphebels 50 erfolgt, wobei bei diesem Abrollen der Kipphebel 50 um das Drehlager D2 geschwenkt und die Verklinkungseinrichtung 40 entklinkt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Schalter
- 20
- Schalthebel
- 30
- Spannhebel
- 35
- Schaltfeder
- 40
- Verklinkungseinrichtung
- 50
- Kipphebel
- 52
- Außenfläche
- 60
- Klinke
- 61
- Klinkenende
- 62
- Klinkenende
- 70
- Langloch
- 80
- Bolzen
- 90
- Knickhebel
- 95
- Koppellasche
- 100
- Auslösewelle
- 110
- Anschlag
- 120
- Feder
- 121
- Federende
- 122
- Federende
- 130
- Drehwelle
- D
- Abstand
- D1
- Drehlager
- D2
- Drehlager
- F
- Kraftvektor
- K
- Kontaktpunkt
- M
- Drehmoment
- M1
- Drehmoment
- P
- Pfeilrichtung
- SP
- Schwenkpunkt
