DE3443556A1 - Elektrisches schaltgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige elektrische Schaltgeräte, sei es der Luft- oder der Vakuumschalterbauart, je nachdem, ob die Schaltkontakte in Luft oder in einer evakuierten Kapsel oder einer sogenannten Vakuumflasche arbeiten, finden weitgehend zur Durchführung von Schaltvorgängen wie beispielsweise dem Ein- und Ausschalten von Motoren Anwendung.

Schaltgeräte der Vakuumbauart, beispielsweise nach der Westinghouse-Firmenschrift IL16-200-32 "Westinghouse Type SJA Vakuum Contactor", veröffentlicht 1982, bieten gegenüber Luftschaltern mit vergleichbaren Betriebsspannungen gewisse Vorteile, von denen einer die beträchtlich geringere Baugröße ist, die sich aus der Tatsache ergibt, daß die Schaltkontakte eines Vakuumschalters im Vakuum arbeiten und dadurch kleinere Kontaktabstände und kleinere Schaltkontaktwege notwendig sind, so daß der Betätigungsmechanismus zur Bewegung der Schaltkontakte ebenfalls kleiner und kompakter gebaut werden kann. Diese Kompaktheit von Vakuumschaltern, die sowohl von den Herstellern als auch von den

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Anwendern als wesentlicher Vorteil angesehen wird, stellt aber auch insofern eine Herausforderung für die Konstrukteure dar, als die eng zusammenliegende Anordnung der einzelnen Bauteile innerhalb des verfügbaren kleinen Raumes dielektrische Störungen und Überschlagsprobleme hervorrufen kann, insbesondere wenn die einzelnen Bauteile metallene Elemente aufweisen, die nahe zu und zwischen Stellen verschiedenen elektrischen Potentials hin bzw. hineinragen. Ein derartiges Bauteil bei herkömmlichen Schaltgeräten der Vakuumbauart, beispielsweise nach der oben erwähnten Westinghouse-Schrift, kann eine metallene Welle sein, die zur Lagerung einer Kuppelstangenbaugruppe dient, d.h. derjenigen beweglichen Konstruktion, welche die Bewegung des Kontaktbetätigungsorgans, beispielsweise eines Elektromagneten und von Rückholfedern, in entsprechende Bewegungen der einzelnen Schaltkontakte umsetzt und allen Poleinheiten des Schaltgeräts gemeinsam zugeordnet ist, also quer durch das gesamte mehrpolige Schaltgerät hindurchverläuft,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schaltgerät der in Rede stehenden Gattung die eben erläuterten Probleme zu bewältigen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Die erfindungsgemäße Anordnung mit einem einteiligen Bauteil, das aus Isolierwerkstoff hergestellt ist und kreuzförmige Zapfenteile mit darauf angeordneten ringförmigen Lagerelementen aufweist, ergibt eine kräftige Kipplagerung für die bewegliche Konstruktion ohne Verwendung einer metallenen Welle oder dergleichen. Das genannte einstückige Bauteil mit seinen kreuzförmigen Zapfenteilen eignet sich gut zum Spritzgießen, und die kreuzförmigen Zapfenteile lassen sich leicht mit ver-

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hältnismäßig engen Toleranzen herstellen, so daß verhältnismäßig einfach ein ziemlich genauer Sitz in den ringförmigen Lagerlernenten erreicht werden kann. Vorzugsweise werden die im Bereich der jeweils benachharten Kreuzarme zwischen den Kreuzarmen jedes kreuzförmigen Zapfenteils und dem darauf sitzenden ringförmigen Lagerelement gebildeten Zwischenräume mit einem Gießharz, beispielsweise Epoxyharz ausgefüllt, um so jeden Zapfenteil auszurunden und dadurch seine Festigkeit zu verbessern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird, sind die ringförmigen, auf den Zapfenteilen des genannten einstückigen Bauteils sitzenden Lagerelemente die inneren Lagerlaufringe von Kugel- oder Rollenlagern, die in etwa U-fÖrmigen, in isolierenden Teilen des Schaltgeräterahmens gebildeten Aussparungen angeordnet sind und mittels elastischer Elemente in diesen Aussparungen gehalten v/erden, die jeweils so am Rahmen befestigt sind, daß sie das offene Ende der betreffenden U-förmigen Aussparung überbrücken und am Außenumfang des in der Aussparung sitzenden Lagers anliegen. Diese Anordnung erleichtert sowohl den Einbau der beweglichen Konstruktion in den Schaltgeräterahmen und ermöglicht auch eine gegenseitige Selbstausrichtung der beiden Lagerbaugruppen der beweglichen Konstruktion mit Bezug zueinander.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt

Fig. 1 eine Grundansicht eines drei

poligen erfindungsgemäßen Schaltgeräts der Vakuum-Bauart für

Wechselstrom,

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Fig. 2 eine aufgeschnittene Seitenansicht

des Schaltgeräts, wobei der Klarheit halber einige Teile abgebrochen dargestellt sind, 5

Fig. 3 eine Rückansicht des Schaltgeräts,

Fig. 4 eine Ansicht der beweglichen

Konstruktion des Schaltgeräts, und 10

Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht der

beweglichen Konstruktion.

Wie insbesondere aus den Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen hervorgeht, weist das dargestelle dreipolige Wechselstrom-Vakuurn-Schaltgerät 10 eine vorzugsweise aus Metall bestehende Montageplatte 12 auf, an welcher, beispielsweise mittels Schrauben 16, ein aus geeignetem Isolierwerkstoff wie beispielsweise Kunststoff bestehender Rahmen 14 montiert ist. Eine gegenseitige Verschiebung zwischen der Montageplatte 12 und dem Rahmen 14 wird außerdem durch Paßzapfen verhindert, die am Rahmen 14 gebildet sind und in entsprechende öffnungen 20 der Montageplatte 12 eingreifen.

Für jede der drei Phasen der von dem Schaltgerät 10 gesteuerten elektrischen Anlage ist ein Vakuumschalter 22 vorgesehen, so daß also insgesamt drei solche Vakuumschalter vorhanden sind. Jeder Schalter 22 weist zwei Anschlüsse 26 und 23 auf, wobei der letztere Anschluß 28 über einen flexiblen elektrischen Leiter 32 mit einem beweglichen Kontaktschaft 30 elektrisch verbunden ist. Auf dem beweglichen Kontaktschaft 30 sind ein federbelastetes Flanschteil 34 und eine aufgeschraubte Mitnehmermutter 36 angeordnet, zwischen welche ein Teil 40 einer elektrisch isolierenden Kuppelstange 38 hineinragt. An dem KuppeIstangenteil 40 ist beispielsweise mittels einer Schraube 43 (Fig. 5)

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eine Nockenplatte 42 befestigt, die kippfähig an der genannten Mitnehmermutter 36 anliegt. Die Kuppelstange 38 weist einen davon wegragenden Armteil 44 sowie zwei von der Kuppelstange wegragende Kuppelzapfen 46 auf, und auf den beiden Enden der Kuppelstange 38 sind zwei Lager angeordnet, die in U-förmigen, in den isolierenden Rahmen gebildeten Aussparungen 49 eingesetzt sind. An dem Armteil 44 ist ein Magnetanker 52 montiert, dem ein an der Montageplatte 12 angeordneter Elektromagnet 52 zugeordnetist. Mit der Montageplatte 12 ist außerdem das eine Ende einer Feder 56 verbunden, deren anderes Ende an einer Verbindungsschiene 58 eingehängt ist, die lose, d.h. lösbar mit den Zapfen 46 gekuppelt ist. Bei entregtem Elektromagneten 54 hält die Feder 56 die Verbindungsstange 58 in einer Position an den oberen Enden 60 von in der Montageplatte 12 gebildeten öffnungen 84, so daß also die Kuppelstange 38 in ihrer in Fig. 2 dargestellten, im Uhrzeigersinn gedrehten Stellung gehalten wird, in welcher die beweglichen, an den Kontaktschäften 30 angeordneten Schaltkontakte der Vakuumschalter 22 sich in ihrer unteren Stellung, d.h. in der Kontaktöffnungsstellung, befinden. Bei Erregung des Elektromagneten 54 wird der Anker 52 angezogen, wodurch die Kuppelstange 38 entgegen der Wirkung der Feder 56 im Gegenuhrzeigersinn in ihren Lagern 48 gedreht wird, so daß die mit den federbelasteten Flanschen der zugeordneten Kontaktschäfte 30 zusammenwirkenden Teile 40 der Kuppelstange die Kontaktschäfte in ihre Arbeitsstellung, d.h. in die Kontaktschließstellung, anheben. Wie oben erwähnt, ist die Kuppelstange 38 mittels der in den entsprechenden, U-förmigen Aussparungen 48 des isolierenden Rahmens 14 eingesetzten Lager 48 drehbar in diesem Rahmen 14 gelagert. Jedes Lager 48 wird in der betreffenden Aussparung 49 mittels eines flexiblen Bauteils 53 gehalten, das mit seinen beiden Enden mit Hilfe von Schrauben 55 beiderseits der betreffenden Aussparung am Rahmen 14 befestigt ist und das offene Ende der

betreffenden Aussparung 49 überbrückt, so daß das Lager in seiner Einbaustelle gehalten wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß eine Selbstausrichtewirkung der beiden Lager 48 im Rahmen 14 eintritt.

Wie sich weiter aus den Fig. 2 und 3 ergibt, ist die Feder 56 über eine Federeinstelleinrichtung mit der Montageplatte 12 verbunden. Die Montageplatte weist zwei seitliche Schenkel 62 und einen dazwischen verlaufenden Mittelteil 61 auf, an welch letzterem beispielsweise mittels Schrauben 68 (Fig. 2) der Elektromagnet 54 befestigt ist und an welchem außerdem mittels Schrauben eine Federhaltevorrichtung mit einem Haltewinkel 64 befestigt ist. An den Haltewinkel 64 sind zwei schwach einwärts schräg verlaufende Einstellschrauben 72 gehaltert, die einen Haltebügel 73 tragen, in welchen beiden Schrauben 72 eingedreht sind und der zum Einhängen eines Hakenteils 74 der Feder 56 dient. An ihrem anderen Ende weist die Feder 56 einen Hakenteil 76 auf, der in eine Öffnung 78 der Verbindungsschiene 58 eingehängt ist. In der Verbindungsschiene 58 sind zwei symmetrisch angeordnete rechteckige Ausschnitte 80 gebildet, in welche die mit Eingriffsnuten versehenen Enden der beiden Kuppelzapfen der Kuppelstange 38 eingreifen. Die Zapfen 46 werden durch die Wirkung der Feder 56 in Eingriff mit den Ausschnitten der Verbindungsschiene 58 gehalten, da die Feder die Verbindungsschiene 58 gegen die Zapfen 46 zieht, welch letztere durch im Mittelteil 61 der Montageplatte 12 gebildete Langlöcher 82 hindurchragen. Der Bewegungsweg der Verbindungsschiene 58 unter der Wirkung der Feder 56 wird durch die Langlöcher 84 begrenzt, die in den beiden gegenüberliegenden seitlichen Schenkelteilen 62A der Montageplatte 12 gebildet sind.

Wenn der Elektromagnet 54 entregt ist, hält die Feder 56, die über die Verbindungsschiene 58 und die

Kuppelzapfen 46 auf die Kuppelstange 38 wirkt, diese Kuppelstange 38 und die beweglichen Kontaktschäfte 30 der Vakuumschalter 22 in der in Fig. 2 dargestellen Stellung, also in der Kontaktöffnungsstellung der Vakuumschalter 22. Wenn der Elektromagnet 54 über elektrische Anschlüsse 86 stromdurchflossen ist, wird der Anker 52 magnetisch angezogen und bewirkt dadurch eine Drehung der Kuppelstange 38 im Gegenuhrzeigersinn entgegen der Wirkung der Feder 56, wodurch die beweglichen Kontaktschäfte 30 der Vakuumschalter 22 angehoben werden, so daß die Schaltkontakte geschlossen werden.

Wenn innere Bauteile des Schaltgeräts, beispielsweise die Erregerspule des Elektromagneten 54, gewartet oder ersetzt werden sollen und es daher notwendig ist, den Rahmen 14 von der Montageplatte 12 zu lösen, kann dies ohne Beeinträchtigung der Einstellung der Feder erfolgen. Hierzu brauchen lediglich die Schrauben 16 (Fig. 2) gelöst und der Rahmen 14 weit genug von der Montageplatte 12 weggezogen zu werden, um die Zapfen 18 aus den Öffnungen 20 herauszuziehen. Die federbelastete Verbindungsschiene 58 legt sich dann an die durch die Enden 60 der Langlächer 84 gebildeten Anschläge an. Dadurch entfällt der Federzug auf die Kuppelzapfen 46, die dadurch beim Wegnehmen des Rahmens 14 von der Montageplatte 12 leicht von der Verbindungsschiene 58 ausgehängt v/erden können. Die Federanordnung mit der Verbindungsschiene 58 und der Feder 56 verbleibt unbeeinträchtigt und in einem Zustand, der ohne Notwendigkeit einer Neueinstellung oder Nachstellung der Feder 56 das Wiederansetzen des Schaltmechanismus verlauft.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, weist die bewegliche Konstruktion die Kuppelstange 38, den durch Magnetplatten gebildeten Anker 52, der beispielsweise mittels Nieten am Armteil 74 der Kuppelstange befestigt ist, und die

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Mitnehmerplatten 42 auf, welche gelenkig mit den Mitnehmerrouttern 36 der Kontaktschäfte 30 der einzelnen Vakuumumschalter 22 zusammenwirken und mittels Schrauben 43 an den betreffenden Kuppelstangenteilen 40 befestigt sind. Bei der Kuppelstange 38 handelt es sich um ein einstückiges Bauteil, das aus geeignetem Isolierwerkstoff hergestellt ist, beispielsweise Kunststoff, und das an seinen beiden Enden zwei im wesentlichen kreuzförmige Zapfenteile 90 aufweist.

Nunmehr wird insbesondere auf Fig. 2 Bezug genominen, die eines der beiden Lager der Kuppelstange darstellt. Daraus ist ersichtlich, daß der kreuzförmige Zapfenteil innerhalb des drehbaren, ringförmigen inneren Lagerlements bzw. Lagerlaufrings eines Kugel- oder Rollenlagers angeordnet und fest darin eingesetzt ist, so daß die äußeren Enden der Kreuzarme 93 und 94 (siehe auch Fig. 5) des kreuzförmigen Zapfenteils mit ihren Außenkantenflächen 91 und in festem reibschlüssigem Eingriff mit der Innenumfangsflache des inneren Lagerlaufrings stehen, so daß

die Kuppelstange und die auf dem kreuzförmigen Zapfenteilen . sitzenden inneren Lagerlaufringe gemeinsam drehbar sind.

Vorzugsweise sind die Zwischenräume 104 zwischen dem inneren Lagerlaufring und den Kreuzarmen 93 und 94 in den Ecken zwischen benachbarten Kreuzarmteilen mit einem ausgehärteten Gießharz ausgefüllt, beispielsweise mit Epoxyharz, um die kreuzförmigen Zapfenteile 90 auszurunden und dadurch zur Festigkeit der Lagerung beizutragen. 30

Durch die obige Anordnung nach der Erfindung erhält man eine stabile und dauerhafter Lagerbefestigung für die bewegliche Konstruktion ohne Verwendung einer metallenen Welle oder anderer Metallteile, die elektrische Überschlagsproblexne nach sich ziehen können. Außerdem eignet sich die Kuppelstange 38 mit den kreuzförmigen Zapfenteilen 90

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zur Herstellung im Gieß- oder Preßverfahren, beispielsweise durch Spritzgießen, wie aus Fig. 5 leicht ersichtlich ist, wobei die sprichpunktierte Linie 102 mit der Abstufung 104 die Trennebene der beiden Formhälften einer geeigneten Spritzgießform andeutet, und wobei die Pfeile A und B die Bewegungsrichtungen der beiden Formhälften zum öffnen und Schließen der Form angeben. Die Kreuzarme 93 und 94 jedes der beiden kreuzförmigen Zapfenteile verlaufen in bzw. senkrecht zur Ebene 102 und zur Drehachse der beweglichen Konstruktion. Die mit der übrigen Kuppelstange. 38 einteilig hergestellten kreuzförmigen Zapfenteile 90 behindern also das Öffnen der beiden Formhälften nach dem Herstellungsvorgang nicht.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Elektrisches Schaltgerät mit einem Rahmen, weiter mit zwischen einer öffnungsstellung und einer Schließstellung beweglichen Schaltkontakten, und mit einem Betätigungsmechanismus mit einer drehbaren beweglichen Konstruktion, die mit den beweglichen Schaltkontakten gekuppelt ist und mittels zweier Lager drehbar im Rahmen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Konstruktion (Fig. 5) ein aus elektrisch isolierendem Werkstoff hergestelltes einstückiges Bauteil (38) aufweist, an dessen beiden Enden zwei etwa kreuzförmige Zapfenteile (90) gebildet sind, und daß jedes der beiden Lager (48) ein ringförmiges Lagerelement aufweist, das drehbar in dem Rahmen (14) gelagert ist und in welches das am betreffenden Bauteilende befindliche kreuzförmigen Zapfenteil (90) des einstückigen Bauteils (38) fest

15 eingesetzt ist.

2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Bauteil (38) ein formgepreßtes oder spritzgegossenes Bauteil ist, an welchem die beiden kreuzförmigen Zapfenteile (90) einstückig angeformt sind.

3. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden kreuzförmigen Zapfenteile (90) mit den äußeren Enden (91, 92) seiner beiden Kreuzarme (93, 94) mit der Innenumfangsfläche des ringförmigen Lagerteils in Anlage steht und die Eck-

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Zwischenräume zwischen benachbarten Kreuzarmen und der Innenumfangsflache des Lagerelements mit einem ausgehärteten Kunstharz ausgefüllt sind.

4. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lager (48) jeweils in eine U-förmige Aussparung des Rahmens (14) eingesetzt sind und das ringförmige drehbare Lagerelement der innere Lagerlaufring des betreffenden Lagers ist, und daß jedem Lager (48) ein dieses in der betreffenden Aussparung haltendes federelastisches Bauteil (53) zugeordnet ist, das am Rahmen (14) befestigt ist und das offene Ende der betreffenden U-förmigen Aussparung überbrückt und am Außenumfang des betreffenden Lagers anliegt.