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Die
Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus eines elektrischen Leistungsschalters
mit Isolierstoffgehäuse,
das ein Kontaktpaar aus einem feststehenden Kontakt und einem bewegbaren
Kontakt enthält,
wobei der genannte bewegbare Kontakt von einem Kontaktarm getragen
wird, der zwischen der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung
durch den Mechanismus verschoben wird, und der genannte Mechanismus
- – einen
Schaltknebel mit einem ersten Übertragungsmittel
zur Übertragung
einer Stellungs- und/oder
Steuerinformation,
- – eine
Mitnehmerscheibe zur Mitführung
eines Stützhebels
des Kontaktarms, welche Scheibe zur Definition einer ersten Winkelverschiebung drehbar
auf einem Zapfen gelagert ist,
- – eine
zwischen der Scheibe und einer an den Schaltknebel angekoppelten
Stange angeordnete, unterbrechbare mechanische Verbindung, welche
Verbindung durch einen Auslösehebel
angesteuert wird, der seinerseits von einem Auslöseorgan betätigt wird, um im Fehlerfall
die Unterbrechung der mechanischen Verbindung und die daraus resultierende
automatische Auslösung
des Mechanismus' zu
bewirken,
- – sowie
ein zweites auf dem Auslösehebel
angeordnetes Übertragungsmittel
zur Übertragung
einer Energie- und/oder Steuerinformation umfaßt.
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In
den 1 bis 3 ist ein Mechanismus eines
Leistungsschalters nach dem bisherigen Stand der Technik dargestellt.
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Der
Mechanismus umfaßt
einen Stützhebel des
bewegbaren Kontaktarms, der an den Drehzapfen der drehbaren Mitnehmerscheibe
angelenkt ist. Der Auslösehebel
ist ebenfalls an die Scheibe angelenkt, jedoch an eine in bezug
zum Drehzapfen versetzt angeordnete Achse. Die Verbindungsstange zwischen
dem Schaltknebel und dem Verklinkungshebel der Scheibe ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Der Schaltknebel und der Auslösehebel umfassen jeweils ein
erstes Übertragungsmittel
bzw. ein zweites Übertragungsmittel,
die in der Lage sind, Stellungs- und Energieinformationen an Hilfsblöcke zu übertragen.
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Die
Hilfsblöcke
A können
als Auslöseblöcke oder
Meldeblöcke
ausgebildet sein, die an eine breite Seitenwand des Leistungsschaltergehäuses angebaut
werden können.
In 2 ist das erste Übertragungsmittel des Schaltknebels
des Leistungsschalters über
eine erste Steuerverbindung mechanisch mit dem Schaltknebel des
Hilfsblocks A verbunden. Das zweite Übertragungsmittel ist über eine
zweite Steuerverbindung mechanisch mit dem Hilfsblock verbunden.
Die erste Steuerverbindung dient zur Übertragung eines Einschalt-
bzw. Ausschalt stellungssignals des Leistungsschalters an den Hilfsblock,
wenn letzterer als Meldeblock ausgebildet ist. Die zweite Zweirichtungs-Steuerverbindung
dient dazu, in einer Wirkrichtung ein Meldesignal zur Anzeige der
Auslösung
des Leistungsschalters an den Hilfsblock zu übertragen, wenn dieser als
Fehlermeldeblock ausgelegt ist, bzw. in der entgegengesetzten Richtung
dazu, ein Auslösesteuersignal
des beispielsweise als Differenzstromschutzblock ausgebildeten Hilfsblocks
an den Leistungsschalter zu übertragen.
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Die
Funktionsweise eines solchen Mechanismus' ist in der Druckschrift EP-A-295 158
genauer beschrieben.
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Bei
Trennung der Kontakte verschiebt ein an der Drehscheibe ausgebildeter
Anschlag den Stützhebel
im Gegenuhrzeigersinn um den Drehzapfen herum.
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In
der Ausschaltstellung entspricht der Öffnungswinkel des bewegbaren
Kontaktarms annähernd
der Winkelverschiebung der Scheibe nach Überwindung des Spiels zwischen
Anschlag und Stützhebel.
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Um
bei Erweiterung einer Leistungsschalter-Baureihe die gleichen Hilfsblöcke wiederverwenden
zu können,
müssen
die Stellung und die Winkelverschiebung der Übertragungsmittel in den einzelnen
Betriebszuständen,
insbesondere in der Einschaltstellung, der Ausschaltstellung und
der Ausgelöststellung
unverändert
bleiben. Bei Beibehaltung der Anlenkung des Stützhebels an den Drehzapfen der
Scheibe bleibt der Öffnungswinkel
des bewegbaren Kontakts konstant. Da die dielektrische Festigkeit eines
solchen Leistungsschalters direkt proportional zur Trennstrecke
zwischen den Kontakten in der Ausschaltstellung ist, wäre sie bei
einem Schalter mit hohem Nennstrom zu klein.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschaltermechanismus
mit verbesserter dielektrischer Festigkeit zu schaffen, bei dem
unabhängig
vom Hand- oder Automatikbetrieb die Kinematik der Übertragungsmittel
zur Anpassung der Hilfsblöcke
nicht verändert
werden muß.
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Der
erfindungsgemäße Mechanismus
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Schwenkachse des Kontaktarms fest mit dem Gehäuse verbunden ist und eine
um ein bestimmtes Maß in
bezog zum Drehzapfen versetzt angeordnete, in der Scheibe ausgebildete Öffnung durchragt,
und daß an
der Scheibe ein Mitnehmeranschlag ausgebildet ist, der in einem ersten
Abstand von der Achse des Kontaktsarms und einem zweiten Abstand
vom Drehzapfen angeordnet ist, wobei die Längendifferenz zwischen den
beiden Abständen
einen erweiterten Öffnungswinkel
des Kontaktarms ermöglicht,
der größer ist
als die Winkelverschiebung der Scheibe.
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Durch
die unterschiedliche Verschiebung von Kontaktarm und Scheibe aufgrund
der exzentrischen Anordnung der Schwenkachse des Kontaktarms läßt sich
die Trennstrecke vergrößern, ohne
die Winkelverschiebung der Scheibe zu verändern, die für das Zusammenwirken
mit Standard-Hilfsblöcken ausgelegt
bleibt.
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Nach
einem kennzeichnenden Merkmal der Erfindung weist die in der Scheibe
ausgebildete Öffnung
zur Durchführung
der Achse eine längliche Form
auf, so daß auf
den Kontaktarm eine Hebelwirkung in Richtung der Trennstellung der
Kontakte ausgeübt
wird.
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Durch
Neigung der in der Scheibe ausgebildeten Öffnung in eine bestimmte Richtung
kann eine Gleitwirkung zur Selbstreinigung der Kontakte erzielt werden.
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Zum
besseren Verständnis
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer
Vorteile und Merkmale näher
erläutert.
Dabei zeigen
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1 eine
schematische Vorderansicht eines Leistungsschaltermechanismus' nach dem bisherigen
Stand der Technik mit Darstellung der Kontakte in der Einschaltstellung;
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2 in
verkleinertem Maßstab
die Kombination des Leistungsschalters aus 1 mit einem Hilfsblock,
insbesondere einem Auslöse-
oder Meldeblock;
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3 eine
zu 1 analoge Ansicht mit Darstellung der Kontakte
in der Ausschaltstellung;
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4 eine
vertikale Schnittansicht des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus;
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5 und 6 Schnittansichten
entlang der Linien 5-5 bzw. 6-6 aus 4 mit Darstellung
des Mechanismus' in
der Einschaltstellung der Kontakte;
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7 eine
zu 6 analoge Ansicht mit Darstellung des Mechanismus' in der Ausschaltstellung
der Kontakte;
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8 eine
schematische Darstellung des Mechanismus' aus 6 nach dem
Versuch einer manuellen Ausschaltung bei verschweißten Kontakten;
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9 eine
zu 8 analoge Ansicht mit Darstellung einer Ausführungsvariante.
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In
den 4 bis 7 werden für analoge Teile des Mechanismus' jeweils die gleichen
Bezugszeichen verwendet wie in 1 bis 3.
Der Mechanismus 40 umfaßt einen bewegbaren Kontaktarm 12 mit
großem Öffnungswinkel β, der durch
exzentrische Anordnung der Achse 42 des Kontaktarms 12 in bezog
zum Drehzapfen 14 der Mitnehmerscheibe 16 erzielt
wird.
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Die
Doppelscheibe 16 besteht aus zwei Teilen 16a, 16b,
an denen jeweils ein Drehzapfen 14 ausgebildet ist, der
sich in einem Lager 44a, 44b des Isolierstoffgehäuses 46 abstützt. Der
Auslösehebel 18 ist
schwenkbar auf einer Achse 48 der Scheibe 16 gelagert
und wirkt mit einem Auslöseorgan 50 zusammen,
das von einem Anker 52 des elektromagnetischen Auslösers 54 angesteuert
wird.
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Das
zweite Übertragungsmittel 24 ist
am Auslösehebel 18 ausgebildet,
der dazu dient, bei Auftreten eines Fehlers die mechanische Verbindung zwischen
der Scheibe 16 und der an den Schaltknebel 20 angekoppelten
Stange 56 zu unterbrechen. Diese mechanische Verbindung
wird durch einen an eine Achse 60 der Scheibe 16 angelenkten
Verklinkungshebel 58 gebildet.
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Die
Schwenkachse 42 des bewegbaren Kontaktarms 12 durchragt
eine in der Scheibe 16 ausgebildete längliche Öffnung 62 und stützt sich
in Lagern ab, die in den einander gegenüberliegenden Seitenwänden des
Gehäuses 46 ausgebildet
sind. Die in jedem Teil 16a, 16% der Scheibe 16 ausgebildete Öffnung 62 ist
in Bezug zum Drehzapfen 14 und zur Gelenkachse 48 versetzt
angeordnet, wobei der Drehzapfen 14 zwischen der Schwenkachse 42 des
Kontaktarms 12 und dem bewegbaren Kontakt 36 ausgebildet
ist.
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Eine
erste 64 Feder zur Beaufschlagung der Scheibe 16 in
Richtung der Ausschaltstellung umfaßt eine um den Drehzapfen 14 geführte Drehfeder.
Eines der Schenkelenden der Feder 64 stützt sich an der Scheibe 16 ab,
während
das gegenüberliegende Ende
an einem am Gehäuse 46 ausgebildeten
ortsfesten Anschlag anliegt. Eine zweite Feder 66 zur Erzeugung
des Kontaktdrucks ist auf einem Ansatz 68 des Stützhebels 11 montiert
und um die Schwenkachse 42 geführt. Diese Feder 66 erlaubt
eine relative Schwenkbewegung zwischen der Scheibe 16 und dem
Stützhebel 11 und
beaufschlagt diesen in Richtung der Einschaltstellung, um einen
bestimmten Kontaktdruck auf den feststehenden Kontakt 34 zu gewährleisten.
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An
der Scheibe 16 ist ein Mitnehmeranschlag 70 ausgebildet,
der dazu dient, gegen eine Anlagefläche 72 des Stützhebels 11 geführt zu werden,
um diesen in Richtung der Ausschaltstellung zu verschieben. Der
Abstand R1 zwischen der Achse 42 des Kontaktarms 12 und
dem Mitnehmeranschlag 70 ist kleiner als der Abstand R2
zwischen dem Drehzapfen 14 der Scheibe 16 und
dem genannten Anschlag 70.
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Die
Trennung der Kontakte 34, 36 erfolgt nach Verschiebung
der Scheibe 16 in Richtung der Ausschaltstellung und kann
von Hand durch Betätigung
des Schaltknebels 20 oder automatisch in Folge einer Auslösung nach
Erfassung eines Fehlers herbeigeführt werden. In beiden Fällen wird
der Mitnehmeranschlag 70 gegen die Anlagefläche 72 des Stützhebels
geführt
und verschiebt diesen im Gegenuhrzeigersinn bis in die Ausschaltstellung
der Kontakte 34, 36 (siehe 7).
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Die
Längendifferenz
zwischen den Abständen
R1 und R2 hat einen weiteren Öffnungswinkel β des Kontaktarms 12 zur
Folge, während
die Scheibe 16 eine normale Schwenkbewegung mit einer Verschiebung
gemäß 3 ausführt. Durch
den verstärkten
Ausschalthub des Kontaktarms 12 läßt sich eine größere Trennstrecke
erzeugen, während
der Drehwinkel der Scheibe 16 an die Kinematik der Übertragungsmittel 22,
24 im Bereich des Schaltknebels 26 und des Auslösehebels 18 angepaßt bleibt.
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Aus 8 geht
hervor, daß bei
einem Ausschaltversuch durch Betätigung
des Schaltknebels 20 die Führung der Achse 42 durch
die längliche Öffnung 62 der
Scheibe 16 eine den bewegbaren Kontaktarm 12 beaufschlagende
Hebelwirkung zur Folge hat, die ein Abreißen der Kontakte 34, 36 nach
deren Verschweißen
im Punkt S ermöglicht.
Die Schwenkachse 42 wird normalerweise durch die Feder 66 in Richtung
des rechten Endes der länglichen Öffnung 62 gedrückt. Bei
Verschweißung
der Kontakte 34, 36 bewirkt die Betätigung des
Schaltknebels 20 in Richtung der Ausschaltstellung ein
leichtes Anheben des Kontaktarms 12 und eine Verschiebung
der Achse 42 innerhalb der Öffnung 62 nach links,
von der Ausgangsstellung 0 in eine erste Stellung 1.
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Bei
der in 9 gezeigten Ausführungsvariante kann durch die
Neigung der Öffnung 62 neben der
Hebelwirkung eine zusätzliche
Scherwirkung im Bereich der Schweißstelle S durch Verschiebung
der Achse 42 von der Anfangsstellung 0 in eine zweite Stellung
2 erzeugt werden. Diese Scherwirkung führt darüber hinaus zu einem Gleiten
des bewegbaren Kontakts 36 über den feststehenden Kontakt 34,
so daß eine
Selbstreinigung der Kontakte ermöglicht wird.