DE19839252A1 - Schaltmechanismus für Schutzschalter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaltmechanismus für einen Leistungsschalter oder Schutzschalter, etwa einen isolierstoffgekapselten Selbstschalter oder einen Fehlerstrom­ schutzschalter, und insbesondere auf einen Schaltmechanismus, der in Hinblick auf eine Verringerung des Betriebsraums oder Raumbedarfs ausgelegt ist.

Fig. 6 zeigt in einem Vertikalschnitt den generellen Aufbau eines herkömmlichen Schaltmecha­ nismus in einem dreipoligen Schutzschalter, der im geschlossenen Schaltzustand dargestellt ist. Fig. 7 ist eine Draufsicht auf einen Hauptteil des Schaltmechanismus von Fig. 6. Der in diesen Figuren dargestellte Schaltmechanismus umfaßt ein Rastglied 4, dessen eines Ende mittels einer Rastglied-Welle 3 drehbar an einem seitlichen Paar Seitenplatten eines Rahmens 2 gelagert ist. Der Rahmen 2 ist an einem Gehäuse 1 des Schutzschalters befestigt. Das andere Ende des Rastglieds 4 steht in dauerndem Eingriff mit einem (nicht gezeigten) Rastgliedhalter. Ein Kontakthalter 7 aus isolierendem Material hält einen beweglichen Kontaktschuh 5 und ist mittels einer integralen Schaltwelle 6 drehbar an dem Gehäuse 1 gelagert. Ein gabelförmiger Handgriff­ hebel 10 ist schwenkbar an den Seitenplatten des Rahmens 2 gelagert, und zwar unter Verwen­ dung einer Handgriffhebel-Welle 8 als Lagerwelle. Der Handgriffhebel 10 trägt an seiner Oberseite einen Schalthebel 9. Ein Kniehebel 16 umfaßt ein seitliches Paar eines ersten und eines zweiten Verbindungsglieds 12 und 13, die an ihrem jeweiligen einen Ende mittels einer Kniegelenkwelle 11 miteinander verbunden sind, während das andere Ende des ersten Verbin­ dungsglieds 12 mittels einer Weile 14 mit dem Rastglied 4 verbunden ist und das andere Ende des zweiten Verbindungsglieds 13 mittels einer Welle 15 mit dem Kontakthalter 7 verbunden ist. Ein seitliches Paar von Schaltfedern 17 ist zwischen der Kniegelenkwelle 11 und der Oberseite des Handgriffhebels 10 gespannt.

In dem dargestellten geschlossenen Schaltzustand ist der Kniehebel 16 infolge der von den Schaltfedern 17 auf die Kniegelenkwelle 11 ausgeübten Kraft gestreckt, so daß eine Linie 18, welche den Verbindungspunkt (Mittelpunkt oder Achse der Weile 14) zwischen dem ersten Verbindungsglied 12 und dem Rastglied 4 mit der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet, nahezu kolinear mit einer Linie 19 ist, welche den Verbindungspunkt (Mittelpunkt oder Achse der Welle 15) zwischen dem zweiten Verbindungsglied 13 und dem Kontakthalter 7 mit der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet. Der Kontakthalter 7 wird dabei einem Drehmoment um die Schaltwelle 6 im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 6 ausgesetzt, wodurch der bewegliche Kontakt­ schuh 5 gegen einen festen Kontaktschuh 20 gedrückt wird.

Wenn der Schalthebel 9, ausgehend von diesem Zustand ergriffen und der Handgriffhebel 10 in Fig. 6 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird, kehrt sich die Wirkung der Schaltfedern 17 auf den Kniehebel 16 im Totpunkt um, d. h. dann, wenn eine Linie 22 die oben definierte Linie 18 von links nach rechts passiert, wobei die Linie 22 den Verbindungspunkt 21 zwischen den Schaltfe­ dern 17 und dem Handgriffhebel 10 mit der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet. Der Kniehebel 16 klappt dann in eine V-Form am Ende des Handgriffhebels 10, wodurch der Kontakthalter 7 in Fig. 6 im Uhrzeigersinn verdreht wird und den beweglichen Kontaktschuh 5 vom festen Kontaktschuh 20 abhebt (Öffnungsvorgang). Wenn, ausgehend von dem so erreichten offenen Schaltzustand der Handgriffhebel 10 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird, kehrt sich die Wirkung der Schaltfedern 17 im Totpunkt wieder um, wenn die Linie 22 (Schaltfederlinie) die Linie 18 von rechts nach links passiert. Im Verlauf dieses Schließvorgangs wird der bewegliche Kontaktschuh 5 in Kontakt mit dem festen Kontaktschuh 20 gebracht, wie dies in der Figur dargestellt ist.

Wenn der Schutzschalter von einem Überstrom durchflossen wird, der eine (nicht gezeigte) Überstromauslösevorrichtung aktiviert, wird das Rastglied 4 aus dem Eingriff mit dem Rastglied­ halter gelöst und dreht sich in Fig. 6 im Gegenuhrzeigersinn um die Rastglied-Welle 3, und zwar aufgrund der von den Schaltfedern 17 über das erste Verbindungsglied 12 ausgeübten Span­ nung. Als Folge davon kehrt sich die Wirkung der Schaltfedern 17 auf den Kniehebel 16 im Totpunkt um, wo die Linie 18 die Linie 22 von rechts nach links passiert. Der Kniehebel 16 klappt in eine V-Form, wodurch in der oben beschriebenen Weise der Kontakthalter 7 im Uhrzeigersinn verdreht und der bewegliche Kontaktschuh 5 von dem festen Kontaktschuh 20 gelöst wird (Auslösevorgang).

Bei dem herkömmlichen Schaltmechanismus liegt der Verbindungspunkt zwischen dem ersten Verbindungsglied 12 und dem Rastglied 4 auf einer relativ zur Kniegelenkwelle 11 dem Verbin­ dungspunkt zwischen dem zweiten Verbindungsglied 13 und dem Kontakthalter 7 nahezu gegenüberliegenden Stelle. Wenn der Kniehebel 16 gestreckt wird, nimmt die Höhe des Mecha­ nismus zu und, wenn der Kniehebel 16 zusammenklappt, weitet sich der Bewegungsbereich des ersten und des zweiten Verbindungsglieds 12 und 13, was eine Verringerung des Installations­ raumbedarfs verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schaltmechanismus zu schaffen, für den ein geringerer Installationsraumbedarf erforderlich ist, so daß der Leistungsschalter oder Schutzschalter miniaturisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schaltmechanismus gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Bei dem beschriebenen Stand der Technik sind die Schaltfedern zwischen der Kniegelenkwelle, die das erste Verbindungsglied und das zweite Verbindungsglied des Kniehebels miteinander verbindet, und dem Kopf bzw. der Oberseite des Handgriffhebeis gespannt, und der Kniehebel wird gestreckt oder zusammengeklappt, um den Kontakthalter im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn zu verdrehen und den beweglichen und den festen Kontaktschuh voneinan­ der zu lösen oder in Kontakt miteinander zu bringen. Gemäß der Erfindung können dagegen das erste und das zweite Verbindungsglied den Kontakthalter im Gegenuhrzeigersinn oder Uhrzeiger­ sinn zur Erzielung des offenen oder geschlossenen Schaltzustands verdrehen, während sie einander im wesentlichen überlappen, so daß der Bewegungsbereich des Kniehebels reduziert wird. Damit der Handgriffhebel so verschwenkt werden kann, daß die Schaltfeder den Totpunkt bezüglich des Kniehebeis passiert, ist ein Ende der Schaltfeder mit der Kniegelenkwelle des Kniehebels verbunden, während ihr anderes Ende statt mit der Oberseite des Handgriffhebeis mit dessen Ende verbunden ist, welches der Oberseite (dem Kopf) bezüglich der Handgriffhebel- Welle gegenüberliegt.

Vorzugsweise ist ein Rücksetzstift an dem Ende des Handgriffhebeis angebracht, mit dem die Schaltfeder verbunden ist, wobei die Schaltfeder an diesem Rücksetzstift verankert ist, und der Handgriffhebel so betätigt werden kann, daß er unter Verwendung des Rücksetzstifts das Rastglied, welches durch einen Auslösevorgang entrastet wurde, erneut einrastet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schaltmechanismus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im geschlossenen Schaltzustand,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schaltmechanismus von Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Schaltmechanismus von Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Hauptteiles des Schaltmechanismus von Fig. 1 im offenen Schaltzustand,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Hauptteiles des Schaltmechanismus von Fig. 1 in einem Auslösezustand,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines bekannten Schaltmechanismus im geschlossenen Schaltzu­ stand, und

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Hauptteil des Schaltmechanismus von Fig. 6.

Diejenigen Teile in den Fig. 1 bis 5, die solchen in den eingangs beschriebenen Fig. 6 und 7 entsprechen, sind mit denselben Bezugszahlen versehen. Gemäß Darstellung in den Fig. 1 bis 3 ist ein V-förmiges Rastglied 4 mittels einer Rastglied-Welle 3 drehbar an einem seitlichen Paar Seitenplatten (von denen nur eine in Fig. 3 gezeigt ist) eines an einem Gehäuse 1 fixierten Rahmens 2 gelagert. Die Spitze des Rastglieds steht im Eingriff mit einem L-förmigen Rastglie­ dempfänger oder Rastgliedhalter 24, der mittels eines Stifts 23 drehbar am Rahmen 2 gelagert ist. Eine Spitze 24a des Rastgliedhalters 24 steht im Eingriff mit einer Klaue 26a (Fig. 1), einer Auslösequerstange 26, die mittels eines Stifts 25 drehbar am Rahmen 2 gelagert ist.

Ein Kniehebel 16 umfaßt ein erstes Verbindungsglied 12 und ein zweites Verbindungsglied 13, die mit einem jeweiligen Ende mittels einer Kniegelenkwelle 11 miteinander verbunden sind. Das erste Verbindungsglied 12 und das zweite Verbindungsglied 13 überlappen einander im wesentli­ chen, wobei das andere Ende des ersten Verbindungsglieds 12 über eine Welle 14 mit dem Rastglied 4 verbunden ist, während das andere Ende des zweiten Verbindungsglieds 13 über eine Weile 15 mit einem Kontakthalter 7 verbunden ist, der einen beweglichen Kontaktschuh 5 hält und von dem in Fig. 3 nur die rechte Hälfte dargestellt ist. Ein Handgriffhebel 10, auf dessen Oberseite oder Kopf 10a ein Schalthebel 9 angeordnet ist, ist mittels einer Handgriffhebel-Welle 8 schwenkbar am Rahmen 2 gelagert. Ein Rücksetzstift 27 ist an dem bezüglich der Handgriff­ hebel-Welle 8 entgegengesetzten Ende des Handgriffhebels 10 angebracht. Ein Ende einer Schaltfeder 17 in Form einer Schraubenzugfeder (Fig. 1) ist an der Kniegelenkwelle 11 verankert, während ihr anderes Ende an dem Rücksetzstift 27 verankert ist. Das Rastglied 4, das erste Verbindungsglied 12, das zweite Verbindungsglied 13 und der Handgriffhebel 10 sind jeweils aus einem seitlichen Paar Arme aufgebaut, wie in Fig. 3 gezeigt, wobei in Fig. 3 nur die linke Hälfte des Handgriffhebels 10 erkennbar ist. Wie außerdem beispielhaft in Fig. 2 gezeigt ist nur für den rechten Pol des dargestellten dreipoligen Schutzschalters ein Schaltmechanismus vorgesehen. Wenn der Kontakthalter 7 für den rechten Pol verdreht wird, werden die beiden Kontakthalter des mittleren und des linken Pols (nicht gezeigt) mitgedreht, da die Kontakthalter über die Schaltwelle 6 untereinander gekoppelt sind.

Im geschlossenen Schaltzustand, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Schaltfeder 17 gespannt, der Handgriffhebel 10 wird in der dargestellten Schließposition infolge eines um die Handgriffhebel- Welle 8 im Gegenuhrzeigersinn wirkenden Drehmoments gehalten, und das erste Verbindungs­ glied 12 des Kniehebels 16 ist einem Drehmoment im Uhrzeigersinn um die Weile 14 ausgesetzt. Eine Achse oder Linie 18, die den Verbindungspunkt (Mittelpunkt oder Achse der Welle 14) zwischen dem ersten Verbindungsglied 12 und der Welle 14 mit dem Mittelpunkt bzw. der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet, liegt in Fig. 1 auf der rechten Seite einer Achse oder Linie 19, welche den Verbindungspunkt (Mittelpunkt oder Achse der Welle 15) zwischen dem zweiten Verbindungsglied 13 und dem Kontakthalter 7 mit dem Mittelpunkt bzw. der Achse der Kniegelenkwelle 11 verbindet. Somit liegt auf der rechten Seite der Linie 19 eine kreisförmige Ortskurve der Kniegelenkwelle 11, die beschrieben wird, wenn sich das erste Verbindungsglied 12 im Uhrzeigersinn um die Welle 14 dreht, radial außerhalb einer kreisförmigen Ortskurve der Kniegelenkwelle 11, die beschrieben wird, wenn sich das zweite Verbindungsglied 13 im Uhrzeigersinn um die Welle 15 dreht. Folglich wird, wenn das erste Verbindungsglied 12 einem Drehmoment im Uhrzeigersinn um die Welle 14 infolge der Spannung der Schaltfeder 17 ausgesetzt wird, das zweite Verbindungsglied 13 über die Kniegelenkwelle 11 angehoben. Als Folge davon wird der Kontakthalter 7 von dem zweiten Verbindungsglied 13 einem Drehmoment im Uhrzeigersinn um die Schaltwelle 6 ausgesetzt und drückt den beweglichen Kontaktschuh 5 gegen den festen Kontaktschuh 20. Der bewegliche Kontaktschuh 5 ist mittels einer (nicht gezeigten) Kontaktfeder im Uhrzeigersinn vorgespannt und drehbar am Kontakthalter gelagert. Die Kontaktfeder wird im geschlossenen Schaltzustand, der in Fig. 1 gezeigt ist, leicht verformt, um einen geeigneten Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Kontaktschuh 5 und dem festen Kontaktschuh 20 aufrecht zu erhalten.

Das Rastglied 4, das von der Schaltfeder 17 über das erste Verbindungsglied 12 gespannt wird, wird andererseits einem Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn um die Rastglied-Welle 3 ausge­ setzt, kann sich jedoch nicht drehen, da seine Spitze im Eingriff mit dem Rastgliedhalter 24 steht. Der Rastgliedhalter 24, auf dessen Rückseite das Rastglied 4 drückt, unterliegt einem Drehmoment im Uhrzeigersinn um den Stift 23. Seine Spitze 24a steht jedoch im Eingriff mit einer Klaue 26a einer Auslösequerstange 26, was ihn an einer Drehung hindert.

Wenn, ausgehend von dem in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Schaltzustand der Schalthebel 9 nach rechts bewegt wird, um den Handgriffhebel 10 im Uhrzeigersinn um die Handgriffhebel- Welle 8 zu verschwenken, kehrt sich die Wirkung der Schaltfeder 17 auf das erste Verbindungs­ glied 12 im Totpunkt um, wo die Achse 22 der Schaltfeder 17 die Achse oder Linie 18 des ersten Verbindungsglieds 12 von rechts nach links in der Figur passiert. Dadurch verdreht sich das erste Verbindungsglied 12 im Gegenuhrzeigersinn um die Weile 14. Wie oben erwähnt, ist auf der linken Seite der Achse oder Linie 19 des zweiten Verbindungsglieds 13 eine kreisförmige Ortskurve der Kniegelenkwelle 11, die beschrieben wird, wenn sich das erste Verbindungsglied 12 um die Welle 14 im Gegenuhrzeigersinn dreht, radial innerhalb einer kreisförmigen Ortskurve der Kniegelenkwelle 11, die beschrieben wird, wenn sich das zweite Verbindungsglied 13 im Gegenuhrzeigersinn um die Weile 15 dreht. Wenn das erste Verbindungsglied 12 infolge der Spannung der Schaltfeder 17 einem Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn um die Welle 14 ausgesetzt wird, wird folglich das zweite Verbindungsglied 13 über die Kniegelenkwelle 11 nach unten gedrückt. Als Folge davon wird der Kontakthalter 7 von dem zweiten Verbindungsglied 13 einem Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn um die Schaltwelle 6 ausgesetzt, wodurch der bewegliche Kontaktschuh 5 von dem festen Kontaktschuh 20 getrennt wird (Öffnungsvorgang). Fig. 4 zeigt diesen offenen Schaltzustand. Wenn ausgehend davon der Schalthebel 9 wieder nach links zurück bewegt wird, werden die Schritte des obigen Öffnungsvorgangs ausgeführt, um den Schaltmechanismus zu dem in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Schaltzustand zurückzu­ bringen (Schließvorgang).

Wenn andererseits ein großer Strom, z. B. ein Kurzschlußstrom durch den Schutzschalter fließt wird eine (nicht gezeigte) Überstromauslösevorrichtung aktiviert und dreht die Auslösequer­ stange 26 im Uhrzeigersinn. Dieser Vorgang löst die Klaue 26a von dem Rastgliedhalter 24, so daß sich der Rastgliedhalter 24 im Uhrzeigersinn drehen kann und sich dadurch von dem Rastglied 4 löst, welches sich nun aufgrund der über das erste Verbindungsglied 12 einwirken­ den Spannung der Schaltfeder 17 im Gegenuhrzeigersinn verdreht. In Reaktion darauf wird der Kontakthalter 7 über das zweite Verbindungsglied 13 im Gegenuhrzeigersinn gedreht und trennt den beweglichen Kontaktschuh 5 von dem festen Kontaktschuh 20, wie in Fig. 5 gezeigt (Auslösevorgang). Das Absenken des Kniehebels 16 führt zu einer Drehung des Handgriffhebels 10 im Uhrzeigersinn um die Handgriffhebel-Welle 8, wodurch der Schalthebel 9 in eine Position zwischen der dem geschlossenen Schaltzustand entsprechenden Position und der dem offenen Schaltzustand entsprechenden Position zur Anzeige der Auslösung bewegt wird.

Um, ausgehend von dem Zustand gemäß Fig. 5 den Schaltmechanismus nach dem Auslösevor­ gang zurückzusetzen, wird der Schalthebel 9 von der Auslöseposition nach rechts zu der dem offenen Schaltzustand entsprechenden Position bewegt. Das Rastglied 4 wird dann durch den Rücksetzstift 27 an der Spitze des Handgriffhebels 10 angehoben und im Uhrzeigersinn gedreht. Die Spitze des Rastglieds 4 gelangt wieder in Eingriff mit dem Rastgliedhalter 24, so daß der offene Schaltzustand gemäß Fig. 4 angenommen wird. Wenn der Schalthebel 9 dann nach links zur Position des geschlossenen Schaltzustands bewegt wird, wird die Schaltfeder 17 gespannt und der bewegliche Kontaktschuh 5 wieder in die in Fig. 1 gezeigte Stellung des geschlossenen Schaltzustands gebracht. Obwohl nicht dargestellt, sind für den Rastgliedhalter 24 und die Auslösequerstange 26 jeweilige Rückholfedern vorgesehen, durch die diese Elemente ständig im Gegenuhrzeigersinn vorgespannt werden, und die beim Rücksetzbetrieb zusammenwirken.

Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel überlappen sich bei den Schaltvorgängen und dem Auslösevorgang das erste und das zweite Verbindungsglied 12 und 13 des Kniehebels 16 im wesentlichen, weshalb die Höhe und die Tiefe (Abmessungen in vertikaler und horizontaler Richtung in Fig. 1), die für die Drehung des Kniehebels 16 nötig sind, gering sind. Diese Ausgestaltung verringert den Raum bedarf in Längsrichtung, der für den Schaltmechanismus erforderlich ist, gegenüber der herkömmlichen Ausbildung, bei der der Kniehebel durch den Schaltvorgang gestreckt oder eingeklappt wird.

Durch Verringerung des Bewegungsbereichs des Kniehebels ermöglicht die Erfindung eine Verringerung des Installationsraums für den Schaltmechanismus und damit der Größe des Leistungs- oder Schutzschalters.

Claims (2)

1. Schaltmechanismus für einen Leistungs- oder Schutzschalter, umfassend ein mittels einer ersten Welle (3) drehbar gelagertes Rastglied (4), welches von einem Rastgliedempfänger (24) dauernd an einer Drehung gehindert wird,
einen Kontakthalter (7), der mittels einer zweiten Weile (6) drehbar gelagert ist und einen beweglichen Kontaktschuh (5) trägt
einen Handgriffhebel (10), der mittels einer dritten Weile (8) verschwenkbar gelagert ist und an dessen Kopf (10a) ein Schalthebel (9) angeordnet ist,
einen Kniehebel (16) mit einem ersten Verbindungsglied (12) und einem zweiten Ver­ bindungsglied (13), von denen das eine Ende des ersten Verbindungsglieds mittels einer Kniegelenkwelle (11) mit dem einen Ende des zweiten Verbindungsglieds verbunden ist, während das andere Ende des ersten Verbindungsglieds (12) mit dem Rastglied (4) verbunden ist und das andere Ende des zweiten Verbindungsglieds (13) mit dem Kontakthalter (7) verbunden ist, und
eine Schaltfeder (17), vorzugsweise eine Schraubenzugfeder, deren eines Ende mit der Kniegelenkwelle (11) verbunden ist, während ihr anderes Ende mit dem Handgriffhebel (10) verbunden ist, wobei der Handgriffhebel (10) zur Umkehrung der Wirkung der Schaltfeder (17) auf den Kniehebel (16) verschwenkbar ist, um den Kontakthalter (7) zu verdrehen und dadurch den beweglichen Kontaktschuh (5) zu bewegen, während das Rastglied (4) zur Umkehrung der Wirkung der Schaltfeder (17) auf den Kniehebel (16) lösbar ist, um den Kontakthalter schnell zu verdrehen und dadurch den beweglichen Kontaktschuh (5) auszulösen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kniehebel (16) so ausgestaltet ist, daß das erste Ver­ bindungsglied (12) und das zweite Verbindungsglied (13) einander im wesentlichen überlappen, und daß das mit dem Handgriffhebel (10) verbundene Ende der Schaltfeder 17 mit dem Ende des Handgriffhebels (10) verbunden ist, welches bezogen auf die dritte Weile (8) dem Kopf des Handgriffhebels (10) gegenüberliegt.

2. Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rücksetz­ stift (27) an dem Ende des Handgriffhebels (10) angebracht ist, mit dem die Schaltfeder (17) verbunden ist, daß das mit dem Handgriffhebel (10) verbundene Ende der Schaltfeder (17) an dem Rücksetzstift (27) verankert ist und daß der Handgriffhebel (10) betreibbar ist, um unter Verwendung des Rücksetzstifts (27) das Rastglied (4), das durch einen Auslösevorgang gelöst wurde, wieder zu verriegeln.