DE1137112B - Elektrischer Selbstschalter mit Handbetaetigung und elektromagnetischer UEberstromausloesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Selbstschalter mit Handbetätigung über ein Hebelgestänge und elektromagnetischer Überstromauslösung, bei der jeder Kontakt auf einem verschwenkbaren Hebel angeordnet und eine Feder bestrebt ist, die beiden Hebel 5 voneinander zu entfernen.

Es sind bereits Schalter mit elektromagnetischer Überstromauslösung bekannt, bei denen jeder Kontakt auf einem verschwenkbaren Hebel angeordnet ist. Beide Kontakte sind jedoch auf starren Hebeln befestigt, zwischen denen eine Feder angeordnet ist, die bestrebt ist, die beiden Hebel voneinander zu entfernen.

Gegenüber diesen bekannten Schaltvorrichtungen weist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wesentliche Zusatzelemente auf, die ein außerordentlich rasches Öffnen des Schalters erlauben, sobald ein Totpunkt im Schaltgestänge überwunden ist.

Der erfindungsgemäß ausgebildete elektrische Selbstschalter ist dadurch gekennzeichnet, daß der eine, einen Schaltkontakt tragende Hebel verhältnismäßig starr ist, während der andere Hebel mit dem Gegenkontakt federnd ausgebildet und über ein Hebelgestänge von Hand verschwenkbar ist, und daß der starre Hebel gegenüber dem federnden Hebel um eine durch ein unter dem Einfluß der Überstromauslösespule verstellbares Anschlagstück begrenzte Wegstrecke verschwenkbar ist. Der federnde Hebel ist dabei ohne Durchbiegung um eine durch den starren Hebel begrenzte Wegstrecke verschwenkbar und wird über das Hebelgestänge nach dem Schließen der Kontakte zunächst durchgebogen, während er bei geschlossenen Kontakten in nicht durchgebogenem Zustande verharrt. Beim Einschaltvorgang wird über das Hebelgestänge eine Feder gespannt, die in der Einschaltstellung des Hebelgestänges eine Kraft nahezu in Richtung auf einen festen Drehpunkt des Hebelgestänges ausübt. Das Hebelgestänge selbst besteht aus einem von Hand betätigten Schalthebel mit festem Drehpunkt sowie mit einem an ihm befestigten Drehzapfen und aus einem auf diesem Zapfen befestigten Lenker, der zwischen dem Drehzapfen und einem weiteren Gelenkpunkt am einen Ende des federnden Hebels angeordnet ist, und ein fester Drehpunkt dieses Hebels liegt zwischen dem Gelenkpunkt und dem Schaltkontakt.

Die elektrische Überströmauslösevorrichtung besteht aus einer Magnetspule und aus einem ausbalancierten Magnetanker, wobei dem Anker ein weiterer, mit einem Anschlagstück versehener Ankerteil zügeordnet ist.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschrei-

mit Handbetätigung
und elektromagnetischer Überstromauslösung

Anmelder:

Airpax Electronics Incorporated,
Fort Lauderdale, Fla. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. B. Quarder, Patentanwalt,
Stuttgart, Richard-Wagner-Str. 16

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Juni 1960 (Nr. 37 942)

Donald Harvey Holdt,

Cambridge, Dorchester, Md. (V. St. Α.),

ist als Erfinder genannt worden

bung in Verbindung mit der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Selbstschalters in Unterbrecherstellung bei abgenommener Seitenwand des Gehäuses, teilweise als Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 3,

Fig. 2 eine Ansicht des Schalters gemäß Fig. 1, jedoch in Einschaltstellung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Schalters bei abgenommener Seitenwand, in Fig. 1 von links gesehen,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Schalters bei abgenommenem Gehäuse, in Fig. 2 von rechts gesehen,

Fig. 5 eine Einzeldarstellung des Schalthebelgestänges des Schalters im eingeschalteten und ausgeschalteten Zustande,

Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 1,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Ankersystems des Schalters in vergrößertem Maßstab,

Fig. 8 ein Kraftliniendiagramm von den am Hebelgestänge angreifenden Kräften,

Fig. 9 eine schematische Stromkreisdarstellung mit Schalter,

Fig. 10 eine Seitenansicht des Hauptankers der Schaltvorrichtung.

Wie aus Fig. 1, 2, 3 und 4 ersichtlich ist, besteht das Gehäuse des Schalters aus einer Deckplatte 1 und

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einer Seitenwand 2, die als gemeinsamer Metallstanz- Ende ist an dem Hebel 24 ein elektrischer Schaltteil ausgebildet sind. Am unteren Ende der Seiten- kontakt 27 isoliert angebracht. Unmittelbar oberhalb wand 2 ist eine gabelförmige Montageplatte 3 ange- des Hebels 24 ist, ebenfalls um die Achse 23 verschweißt, an deren Gabelenden je ein in einer Durch- schwenkbar, ein weiterer Hebel 28 von relativ starrer führungsbuchse 10 über Glaskörper 10' isoliert ange- 5 Konstruktion angeordnet, der einen entsprechenden, brachtes elektrisches Anschlußstück 9 befestigt ist ebenfalls isoliert angebrachten Gegenkontakt 29 trägt, (vgl. Fig. 1). Das der Ankervorrichtung A entgegengesetzte Ende

Auf der Außenseite der Deckplatte 1 ist eine des Hebels 28 ist zu einem Anschlagfinger 30 (vgl. Buchse 4 befestigt, in der ein Schalthebel 6 um eine Fig. 2) umgebogen, der zwischen die gabelförmigen Achse 7 verschwenkbar gelagert ist. Der untere Arm 10 Enden des Lenkers 26 greift und mit einem am Lendes Schalthebels 6 ragt durch die Deckplatte 1 in das ker 26 nahe der Gelenkstelle 25 angebrachten Aninnere des Gehäuses der Schaltvorrichtung. Die obere schlagzapfen 31 zusammenwirkt. Die Anschlagstücke Öffnung der Buchse 4 ist mittels einer an dem Schalt- 30 und 31 begrenzen die beim Öffnen der Schaltkonhebel 6 und an der Wand der Buchse befestigten Dich- takte 27, 29 auftretende Winkelbewegung der Hebel tung 8 aus Gummi oder einem anderen flexiblen Stoff !5 28 und 24 um deren gemeinsame Achse 23. Das anabgeschlossen. Die Buchse 4 ist außerdem mit einem dere freie Ende 32 des Hebels 28 kommt in einge-Außengewinde 5 versehen, mit dem die ganze Schalt- schaltetem Zustande zur Anlage an das Anschlagstück vorrichtung in einer Schalttafel od. dgl. befestigt wer- 22 des Hauptankers 21. Auf der Achse 23 ist eine den kann. Unterhalb der Deckplatte 1 ist eine Magnet- Schraubenfeder 23' angeordnet, deren eines Ende an spule Ii an Haltestreben 12 befestigt. ao dem Hebel 24 und deren anderes Ende an dem Hebel

Die Magnetspule 11 wirkt auf eine Ankervorrich- 28 anliegt und die diese Hebel im Sinne einer Öffnung

tung A, die im einzelnen in Fig. 7 dargestellt ist. Diese der beiden Kontakte 27, 29 auseinanderzudrücken

Ankervorrichtung A ist gegenüber dem Magnetkern sucht.

13 der Magnetspule 11 angeordnet und um die an dem Das obere Ende des Lenkers 26 ist an das untere Haltebügel 15 der Seitenwand 2 angebrachte Achse 14 35 Ende des doppelarmigen Schalthebels 6 über den Drehverschwenkbar gelagert. Wie insbesondere aus Fig. 6 zapfen 33 angelenkt. Zwischen den beiden Schenkeln und 7 hervorgeht, besteht die Ankervorrichtung A aus des U-förmigen Lenkers 26 ist — ebenfalls auf dem einem Hauptanker 21 und aus einem Hilfsanker 16, Lagerzapfen 13 verschwenkbar angeordnet — ein die beide auf der Achse 14 verschwenkbar gelagert Federanschlagstück 34 befestigt. Das Anschlagstück 34 sind. Das obere Ende des Hilfsankers 16 reicht bis auf 30 ist mit einem Führungsdorn 34' versehen, der in einer die Höhe des Magnetkerns 13 der Magnetspule 11. Öffnung 36 eines nichtmetallischen Federanschlag-Das andere Ende des Hilfsankers 16 ist zwecks Er- gegenstückes 35 geführt ist. Das Anschlaggegenstück zielung des erwünschten Gleichgewichtes des Ankers 35 ist auf einer festen, mit der Seitenwand 2 verbunbezüglich der Achse 14 gabelartig in zwei Anker- denen Drehachse 37 verschwenkbar gelagert. Zwischen flügel 17 und 18 von relativ großer Länge und Größe 35 den Anschlagstücken 34 und 35 ist die mittels des geteilt. Sehalthebels 6 spannbare Druckfeder 38 angeordnet.

Der Hilfsanker 16 ist bei seiner Bewegung nach Die beiden Anschlagstücke 34 und 35 werden durch Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinn durch ein an einem den Führungsdorn 34' stets in Parallellage zueinander Vorsprung 43 der Seitenwand 2 angebrachtes An- gehalten. Der Weg des Anschlagstückes 34 beim Entschlagstück 19 begrenzt. Bei nichterregter Magnet- 40 spannen der Feder 38 wird durch ein am Haltebügel spule wird der Anker 16 gegen dieses Anschlagstück 15 befestigtes Anschlagstück 39 begrenzt. 19 mittels der Feder 20 gedrückt, die mit ihrem einen Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der ganze Ende an dem Haltebügel 15 angelötet ist. Schalter von einem dünnen metallischen Gehäuse 45

Die Ankervorrichtung A weist außerdem einen umschlossen, das dicht mit der Deckplatte 1 auf der

Hauptanker 21 auf, der (Fig. 10) ebenfalls auf der 45 Oberseite und den Durchführungsbuchsen 10 auf der

Achse 14 verschwenkbar und vom Hilfsanker 16 be- Unterseite des Gehäuses verbunden, insbesondere

einflußbar angeordnet ist. Er ist mittels einer um die weich verlötet ist. Der Schalter ist also völlig staub-

Achse 14 angeordpeten Schraubenfeder 40 entgegen und feuchtigkeitsdicht abgeschlossen,

dem Uhrzeigersinne vorgespannt (Fig. 1 und 7). Seine Die Wirkungsweise ist folgende: Der Schalter wird

Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinne wird mittels 50 aus der in Fig. 1 dargestellten Unterbrecherstellung

eines an einem Vorsprung des Haltebügels 15 be- durch Verschwenken des Schalthebels 6 entgegen dem

festigten Anschlagstückes 42 begrenzt, an dem ein Uhrzeigersinne in die in Fig. 2 dargestellte Einschalt-

Seitenarm 21' des Ankers 21 zur Anlage kommt. Die stellung versetzt. Bei diesem Verschwenken des Schalt-

beiden Anschlagstücke 19 und 42 sind dergestalt an- hebeis 6 wird der Drehzapfen 33 zusammen mit dem

geordnet, daß das obere Ende des Hauptankers 21 im 55 Anschlagstück 34 und dem oberen Ende des Lenkers

Normalzustande des Stromkreises — wenn keine 26 in der Zeichnung nach rechts bewegt, wodurch die

Überlastung besteht —· etwas entfernt vom Hilfsanker Feder 38 zusammengedrückt wird. Der Lenker 26

16 steht. Das untere Ende des Hauptankers 21 ist zu wird hierbei im Uhrzeigersinne verdreht. Sein unteres

einem zwischen den Ankerflügeln 17 und 18 des Hilf s- Ende wird nach unten bewegt. Diese Abwärtsbewe-

ankers 16 angeordneten Anschlagstück 22 ausgebildet. 60 gung des Lenkers 26 bewirkt zuerst ein Verschwenken

Auf einer mit der Seitenwand 2 fest verbundenen des Hebels 24 um seine feste Drehachse 23 im Gegen-

Achse 23 ist ein relativ steifer, aber federnd durch- Uhrzeigersinne, wobei über die Feder 23' der Hebel

biegbarer Hebel 24 zwischen seinen Enden gelagert. 28 ebenfalls um die gemeinsame Drehachse 23 im

An seinem von der Ankervorrichtung A entfernten Gegenuhrzeigersinne bewegt wird, bis sein freies Ende

Ende (vgl. Fig. 1 und 2) ist der Hebel 24 an der Ge- 65 32 an das Anschlagstück 22 des Hauptankers 21 zu

lenkstelle 25 mit dem Lenker 26 drehbar verbunden. liegen kommt (vgl. Fig. 2 und 5).

Der Lenker 26 ist gabelartig und an seinem oberen Die weitere Abwärtsbewegung des Lenkers 26 ver-

Ende U-förmig ausgebildet. An seinem anderen freien schwenkt den Hebel 24 weiter im Uhrzeigersinne und

bringt unter gleichzeitigem Spannen der Feder 23' die Schaltkontakte 27, 29 in Berührung miteinander. Am Ende dieser Bewegungsphase sind also die Schaltkontakte 27 und 29 geschlossen, und der Hebel 24 weist keine wesentliche Durchbiegung auf. Er befindet sich in der in Fig. 5 strichpunktiert dargestellten Stellung, und sein rechtes Ende befindet sich im Punkt 24".

Bis zu dieser Bewegungsphase befindet sich der Drehzapfen 33 links von einer zwischen der Drehachse 7 und dem Gelenkpunkt 25 gedachten Verbindungslinie, wie aus dem Kräftediagramm der Fig. 8 ersichtlich ist.

Bei der weiteren Bewegung des Schalthebels 6 in seine aus Fig. 2 ersichtliche Endstellung wird der Lenker 26 weiter nach unten bewegt. Der Hebel 28 kann hierbei nicht mehr weiter im Uhrzeigersinne verschwenkt werden, da sein Ende 32 am Anschlagende 22 des Hauptankers 21 anliegt. Dadurch wird der rechte Arm 24' des Hebels 24 nach unten und der links von der Drehachse 23 gelegene Hebelarm des _zo Hebels 24 zwischen der Drehachse 23 und dem Kontakt 29 leicht nach oben durchgebogen. Die Durchbiegung des Hebelarmes 24' ist am größten, wenn der Gelenkzapfen 33 auf der Verbindungslinie zwischen der Drehachse 7 und dem Gelenkpunkt 25 liegt, also die in Fig. 5 mit 33' bezeichnete Stellung einnimmt. Die weitere Bewegung des Schalthebels 6 in die in Fig. 2 dargestellte Endstellung bewegt den Lagerzapfen 33 über diesen Totpunkt in die in Fig. 5 und 8 mit 33" bezeichnete Stellung. Das nach unten durchgebogene Ende des Hebels 24 geht bis in die in Fig. 2 dargestellte entspannte waagerechte Lage zurück, und der Hebel 24 übt durch seinen ihm innewohnenden Widerstand gegen eine Durchbiegung einen ausreichenden Druck gegen das durch das untere Ende des Schalthebels 6 und den Lenker 26 gebildete Hebelgestänge aus, um es in seiner Übertotpunktlage zu halten.

Aus dem Kräftediagramm der Fig. 8 ist ersichtlich, daß in dieser Schaltstellung die Feder 38 stark gespannt ist und eine starke Kraft in Richtung der Linie 37 und 33" ausübt. Die Linie 37-33" weicht leicht von der Linie 33"-7 nach links ab. Zerlegt man die von der Feder 38 ausgeübte Kraft in eine Kraftkomponente in Richtung der Linie 33"-7 und eine senkrecht dazu gerichtete Kraftkomponente, so ist die Komponente in Richtung der Linie 33"-7 die größere. Die kleinere, senkrecht dazu verlaufende Kraftkomponente ist bestrebt, den Lenker 26 über die Totpunktlinie 25-7 zurückzubewegen. Sie reicht jedoch nicht aus, die von dem durchgebogenen Hebel 24 ausgeübte Kraft auf den Lenker 26 zu überwinden. Die Schaltkontakte 27 und 29 bleiben also in dichter Berührung miteinander, solange das Anschlagstück 22 des Hauptankers 21 mit dem Ende 32 des Hebels 28 in Berührung steht.

Zwischen den Anschlußstücken 9 der Schaltvorrichtung sind die Schaltkontakte 27 und 29 und die Magnetspule 11 in Reihe miteinander geschaltet, wie Fig. 9 zeigt. Wird die Schaltvorrichtung über die Anschlußstücke 9 in einen zu schaltenden Stromkreis gelegt und überschreitet der Strom den gewünschten Normalstrom nur wenig, bewirkt die in der Magnetspule entwickelte Magnetkraft lediglich einen Anzug des Hilfsankers 16 im Uhrzeigersinne (Fig. 1) bis zu dessen Anlage an den Hauptanker 21, ohne daß die Magnetkraft ausreicht, das Anschlagstück 22 von dem Ende 32 des Hebels 28 zu lösen. Steigt der Strom jedoch stärker über seinen Normalwert an — beispielsweise auf 125 % des Normalstromes —, reicht die Magnetkraft der Spule 11 aus, den Hilfsanker 16 zusammen mit dem Hauptanker 21 noch weiter im Uhrzeigersinne zu verschwenken, bis das Anschlagende des Hauptankers 21 von dem Ende 32 des Hebels gelöst wird. Die gespannte Schraubenfeder 23' bewirkt dann sofort ein Verschwenken des Hebels 28 gegenüber dem Hebel 24 um deren gemeinsame Schwenkachse 23, wodurch der Hebelarm 24' des Hebels 24 entspannt wird und die oben beschriebene, relativ geringe Querkraft der Feder 38 ausreicht, den Gelenkzapfen 33 aus der Stellung 33" (Fig. 5 und 8) nach links über die Totpunktlinie hinweg zu bewegen. Dadurch wird die gesamte Kraft der gespannten Feder wirksam und drückt den Schalthebel 6 und damit den Lenker 26 in die Unterbrecherstellung gemäß Fig. 1. Der Schalter wird in dieser Stellung gehalten, bis der Schalthebel wieder von Hand, wie vorstehend beschrieben, in die Einschaltstellung bewegt wird.

Die Schaltvorrichtung kann auch in beiden Richtungen von Hand betätigt werden. Zum Trennen der Schaltkontakte 27 und 29 wird dann der Schalthebel 6 von Hand aus der in Fig. 2 dargestellten in die in Fig. 1 dargestellte Lage verschwenkt. Wie bereits vorstehend beschrieben, wird hierbei der Gelenkzapfen 33 nach links über die Totpunktlage des Hebelgestänges hinweg bewegt. Die Feder 38 unterstützt daraufhin die von Hand eingeleitete Bewegung des Schalthebels in seine Unterbrecherstellung. Auf diese Weise kann der Schalter von Hand geschlossen und geöffnet werden, unabhängig davon, wie stark die Magnetspule erregt ist oder ob überhaupt ein Strom im Stromkreis fließt.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrischer Selbstschalter mit Handbetätigung über ein Hebelgestänge und elektromagnetischer Überstromauslösung, bei der jeder Kontakt auf einem verschwenkbaren Hebel angeordnet und eine Feder bestrebt ist, die beiden Hebel voneinander zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Schaltkontakt (29) tragende Hebel (28) verhältnismäßig starr ist, während der andere Hebel (24) mit dem Gegenkontakt (27) federnd ausgebildet und über ein Hebelgestänge (6, 26) von Hand verschwenkbar ist, und daß der starre Hebel (28) gegenüber dem federnden Hebel (24) um eine durch ein unter dem Einfluß der Überstromauslösespule (11) verstellbares Anschlagstück (22) begrenzte Wegstrecke verschwenkbar ist, daß der federnde Hebel (24) ohne Durchbiegung um eine durch den starren Hebel (28) begrenzte Wegstrecke verschwenkbar ist und daß über das Hebelgestänge (6, 26) der federnde Hebel (24) nach dem Schließen der Kontakte zunächst durchgebogen wird, während er bei geschlossenen Kontakten in nicht durchgebogenem Zustande verharrt.

2. Selbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschaltvorgang über das Hebelgestänge (6, 26) eine Feder (38) gespannt wird, die in der Einschaltstellung des Hebelgestänges eine Kraft nahezu in Richtung auf einen festen Drehpunkt (7) des Hebelgestänges ausübt.

3. Selbstschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebelgestänge aus einem von Hand betätigten Schalthebel (6) mit festem Drehpunkt (7) sowie mit einem an ihm befestigten

Drehzapfen (33) und aus einem auf diesem Zapfen befestigten Lenker (26) besteht, der zwischen dem Drehzapfen (33) und einem weiteren Gelenkpunkt (25) am einen Ende des federnden Hebels (24) angeordnet ist, und daß ein fester Drehpunkt (23) dieses Hebels (24) zwischen dem Gelenkpunkt (25) und dem Schaltkontakt (27) liegt.

4. Selbstschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (38) als Schraubendruckfeder zwischen Anschlagstücken (34, 35) eingespannt ist, von denen das eine (34) drehbar mit dem Schalthebel (6) und das andere (35) mit einer festen Drehachse (37) verbunden ist.

5. Selbstschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Überstromauslösevorrichrung eine Magnetspule (11) und einen ausbalancierten Magnetanker (16, 17,18) aufweist.

6. Selbstschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anker (16, 17, 18) ein weiterer mit einem Anschlagstück (22) versehener Ankerteil (21) zugeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 685 011, 2 677 734,
421 830.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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