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Umschalter mit Kniehebe-ltriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf
einen Umschalter mit Kniehebeltriebwerk, dessen Antriebsglied parallel zu den in
gleicher Ebene liegenden Kontaktflächen der.ortsfesten Kontaktpaare nach einem toten
Gang ein Zwischenschaltglied mit Kniehebeln odergleichwertigen Teilen, wie Nocken
mit Rollen, mitnimmt und hierdurch einen Kontaktbrückenträgger unter Überwindung
der Ausschaltfeder in die Einschaltstellung und den Kniehebel od. dgl. unter Überwindung
seiner Federung in seine Sperr-Lage drückt. Schalter dieser Art, auch für das Ein-
und Ausschalten der drei Leiter des Drehstromes, sind bekannt. Als Umschalter, uni
z. B. die Stromzuführung zu einem Drehstrommotor in der Weise zu ändern, daß er
seine Drehrichtung wechselt, ist die bekannte Schalterausführung jedoch ungeeignet.
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Die besonderen Vorteile dieser bekannten Schalter sind, daß die Kontakte
rechtwinkelig zu ihren Flächen aufeinandertreffen und sich beim Ausschalten unabhängig
von der Geschwindigkeit,
mit der das Antriebsglied betätigt wird,
schnell rechtwinkelig zu ihren Flächen voneinander entfernen.
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Ferner ist es auch bekannt, die Ausschaltung von Schaltern durch Thermostaten,
z. B. Bimetallstreiien, besonders bei Stromüberlastungen zu bewirken.
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ach der Erfindung werden die Vorteile der erwähnten bekannten Schalterarten
bei Umschaltern erreicht.
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Zum leichteren Verständnis der Erfindung dienen zunächst die schematischen
Abb. i und 2, die sich auf einen Schalter zum Ein- und Ausschalten, aber nicht zum
Umschalten beziehen. Alle Bewegungen gehen dabei in der Zeichenebene vor sich.
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Abb. i zeigt einen Drehstromschalter im geöffneten. Abb. 2 ini eingeschalteten
Zustande. Die Grundplatte lc trägt drei Gruppen von je zwei Anschlußkontakten RII',
TI', SU. Über dieser Grundplatte lc sind drei Schaltglieder a, b und c: vorgesehen.
Das mit einem Handgriffe versehene Betätigungsglied a kann parallel zur Kontaktfläche,
also auch parallel zur Platte lr in Pfeilrichtung hin und her bewegt werden. Dabei
nimmt dieses Betätigungsglied d mit totem Gang k ein Zwischenglied b mit.
Der tote Gang k ergibt sich dadurch, daß der Abstand der Knaggen 3 und .I voneinander
um k größer ist als der Durchmesser der Rolle 5, die an der Bewegung des Gliedes
a teilnimmt. Das Zwischenglied b trägt auf der Unterseite drehbar gelagert die Knie-
oder Kipphebel 6 und 7, welche um die Achsen 8 und 9 drehbar sind und sich mit den
unteren Füßen io und i i auf das Schaltglied e, das an diesen Stellen Vertiefungen
besitzt, stützen. ` Wird der Handgriff 2 des Betätigungsgliedes a nach rechts bewegt,
so drückt die Rolle 5 den Knaggen .4 und-damit das Zwischenglied b ebenfalls nach
rechts, bis es sich, nachdem es die Strecke in zurückgelegt hat, gegen die Säulen
12 und 13 legt. Dabei haben die Drehpunkte 8 und 9 der Kniehebel 6 und 7 Kreisbögen
um die Fußpunkte io und ii beschrieben. bis die Drehpunkte S und 9 die senkrechte
Lage über den Stützpunkten der Füße io und i i ein wenig überschritten haben, wie
dies in Abb.2 dargestellt ist. Da sich dadurch der Abstand des Zwischengliedes b
vom Schaltgliede e vergrößert. so wird das Schaltglied c mit den Verbindungshontaktstüchen
e, e' und e" auf die Anschlußkontakte der Platte lt gedrückt, gegen die Kraft
der verhältnismäßig weichen und nicht sehr starken Federngundg'. Die Abstandsvergrößerung
zwischen den Gliedern b und c durch das Aufkippen der Kniehebel 6 und ; ist aber
etwas größer als der Abstand der Verbindungskontakte e von den Anschlußkontakten
der Platte h.. Infolgedessen wird das Zwischenglied b gegen die zunächst nahezu
spannungslosen Federn f und f', die jedoch steif und kräftig sind,
angehoben, was zur Folge hat, daß die Verbindungskontaktstücke e, e' und
e " kräftig gegen die Anschlußkontaktstücke gedrückt werden. Dadurch ist
die Einschaltung beispielsweise des Drehstrommotors erfolgt.
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Soll der Motor wieder ausgeschaltet werden, so wird der Handgriff
2 des Betätigungsgliedes a aus der in Abb. 2 dargestellten Stellang nach links bewegt,
wodurch sich auch die Rolle 5 mit nach links bewegt, bis sie den Knaggen 3 des Zwischengliedes
b erreicht. Auf diesem Wege von der Größe k ändert sich an der Einschaltung des
Stroms nichts, sondern die Verbindungskontaktstücke e liegen nach wie vor mit der
gleichen Kraft gegen die Anschlußkontaktstücke der Platte h an. Wird aber jetzt
der Handgriff 2 noch ein klein wenig weiter nach links bewegt, wodurch die Drehpunkte
8 und 9 der Kniehebel 6 und 7 die Strecklage überschreiten, so schnellen das Zwischenglied
b und das Schaltglied c plötzlich zusammen in die in Abb. i dargestellte Lage, wodurch
die Kontaktstücke e mit großer Geschwindigkeit von den Anschlußkontaktstücken der
Platte lt entfernt werden. Der Strom wird dadurch unterbrochen. Diese schnelle
Stromunterbrechung erfolgt unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher der Handgriff
2 des Betätigungsgliedes a bewegt wird, weil der tote Gang von der Größe k, der
zwischen dem Betätigungsglied a und dem Zwischenglied b vorhanden ist, eine solche
plötzliche Bewegung der Glieder b und c gestattet, da das Zwischenglied
b
sich unabhängig vom Betätigungsglied d gegenüber diesem um die Strecke k
bewegen kann.
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Die Erfindung besteht null in erster Linie darin, daß der Schalter
als Umschalter (Abb. 3 und .4) derart ausgebildet ist, daß beim Umschalten das Zwischenglied
b des Schaltwerks, nachdem es durch das Antriebsglied a erst nach einem Totgang
k mitgenommen worden ist, zuerst die Kniehebel 6, 7 od. dgl. aus ihrer Endlage auslöst,
so daß die Ausschalt- und Kniehebelfederung g, g' den Kontaktbrückenträger c mit
den Kontaktbrücken e, e', e" in die Ausschaltstellung bringt, bei weiterer
Bewegung des Antriebsgliedes a mittels der Kniehebel 6, 7 den Kontaktbrückenträger
c zwischen zwei Anschlägen parallel zu den Kontaktflächen um ein Stück i in die
neue Stellung mitnimmt und dann die zweite Einschaltung in der der ersten Ein- und
Ausschaltung entsprechenden Weise ausführt.
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In den Abb. 3 und .4 ist der Schalter in der gleichen Darstellungsweise
als Umschalter dargestellt. Eine solche Ausbildung als Umschalter ist möglich, wenn
die Kniehebel 6 und 7 als Zwillingskniehebel mit den Füßen io,
iö
und i i, i i' ausgebildet werden und dem Betätigungsglied c die Möglichkeit gegeben
wird, sich um die Streckei parallel zu den Kontaktflächen zu verschieben, wobei
diese Strecke i so groß ist wie die Verbindungskontakte e aus der Lage, in welcher
diese die Mittelkontakte der drei Kontaktgruppen mit den Nachbarkontakten auf der
einen Seite verbinden, verschoben werden müssen, um die Mittelkontakte mit den Nachbarkontakten
der anderen Seite zu verbinden. Im übrigen ist die Betätigung des Schalters ganz
entsprechend derjenigen des in den Abb. i und 2 dargestellten Schalters. Die Abb.
3 zeigt den Schalter im ausgeschalteten Zustand. Wird jetzt- der Handgriff 2- aus
der gezeichneten Stellung der Abb. 3 weiter nach links bewegt, -so@ erfolgt die
Einschaltung in dergleichen Weise; wie es oben an den Abb. i und- 2 beschrieben-
wurde. Soll jetzt ausgeschaltet werden, so muß der Handgriff 2 und damit die Rolle
5 zunächst so weit nach rechts bewegt werden, daß die -Rolle 5 am Knaggen q. zur
Anlage kommt. Wird der Handgriff z dann noch etwas weiter nach rechts bewegt, so
überschreitet. der Kniehebel die Strecklage, was zur Folge hat, daß das Zwischenglied
b und das Schaltglied c sich plötzlich unter dem Einfluß der Federn f und g einander
nähern und damit die Ausschaltung bewirken. Soll jetzt für die andere Drehrichtung
eingeschaltet werden, so wird der Handgriff 2 zunächst um die Strecke i nach rechts
bewegt, wodurch die Kontaktklötze e, e' und e" so weit verschoben werden, daß die
mittleren Anschlußkontakte der drei Gruppen der Platte h mit den anderen Nachbarkontakten
verbunden werden, wenn das Schaltglied c dadurch, daß der Handgriff 2 jetzt noch
weiter nach rechts bewegt wird, in der früher beschriebenen Weise auf die Kontaktplatte
h heruntergedrückt wird. Auch bei dieser Einschaltung erfolgt .das Ausschalten in
der oben bereits beschriebenen Weise.
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Werden die drei Gruppen von Kontaktstücken der Anschlußkontaktplatte
h nicht in einer Reihe, wie Abb. 3 und 4. dieses zeigen, sondern auf einem Kreis
um eine Achse herum angeordnet, so tritt an Stelle der geradlinigen Bewegung der
Glieder ca, b und c eine Drehung um diese Achse. Eine solche Ausführung zeigen
die Abb. 5 bis 8, eine andere die Abb. 9 bis 12. In diesen Abbildungen sind des
besseren Verständnisses wegen weitgehend die gleichen Bezeichnungen wie in den Beispielen
der Abb. i bis q, für entsprechende Teile gewählt.
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Bei der Ausführung nach den Ahb. 5 bis 8 ist mit der. Anschlußkontaktplatte
h die Achse 14 fest verbunden. Um sie sind das Betätigungsglied a, das einen Handgriff
bildet, das Zwischenglied b und das Schaltglied c drehbar. Das Betätigungsglied
a hat in Umfangsrichtung den oben beschriebenen toten Gang, der dadurch erreicht
wird, daß Mitnehmerstifte 15 und 15', von denen auch einer genügt, in bogenförmige
Langlöcher 16 und 16' des Zwischengliedes b eingreifen.
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Wird der Handgriff, d. h. das Betät-igungsiglied a, das Abb. 6 in
der Draufsicht zeigt, im Sinn des Uhrzeigers gedreht, so gelangt er in die Stellung,
welche Ahb. 8 zeigt. Dabei nehmen die Mitnehmerstifte 15 und 15' das Zwischenglied
b mit, indem sie auch dieses um die Achse i.1. drehen. Das hat zur Folge, daß die
drei doppelseitig ausgebildeten Kipp-oder Kniehebel 17, 17' und 17", von denen der
Klarheit wegen in den Seitenansichten Abb. 5 und 7- nur die Kniehebel 17 gezeichnet
sind, von den Kreuzgelenken 18, i8', i8" der drei Arme des Zwischengliedes b mitgenommen
werden, da diese Kreuzgelenke an den Zapfen i g, i j , i g", die mit den Kniehebeln
17, 17', 17" fest verbunden sind, angreifen. Dadurch werden die Kniehebel um die
Zapfen 2o drehendhochgekippt, bis die Zapfen 18, 18', 18" die Strecklage der Kniehebel
etwas überschritten haben. Diese Lage zeigen die Abb. 7 und B. Weiter kann der Kniehebel
sich um den Zapfen 2o nicht drehen, weil ein senkrechter Stift 21, der am Zwischenglied
b befestigt ist und in ein bogenförmiges Langloch des Schaltgliedes c eingreift,
am Ende dieses Langloches angekommen ist. Beim Hochkippen der Kniehebel 17, 17',
17" wird das Schaltglied ebenso wie es oben an den Beispielen Abb. i his q. beschrieben
wurde, auf die Kontakte der Anschlußkontaktplatte h gegen die Kraft der Feder g
niedergedrückt, und die Verbindungskontakte e, e', e" werden auf die Anschlußkontakte
der Platte h mit der Kraft der Feder f, die sich etwas zusammendrückt, gepreßt.
Dadurch ist der Strom eingeschaltet.
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Wird der Handgriff a entgegen dem Sinn des Uhrzeigers gedreht, so
legt er zunächst den toten Gang gegenüber dem Zwischenglied b zurück. Wird er dann
noch etwas weiter gedieht, so nimmt er das Zwischenglied b mit und bringt dadurch
schon nach ganz kurzem Wege die Kniehebel über die Strecklage. Sobald das geschehen
ist, schnellt das Zwischenglied unter denn Einfluß der Federn um ein Stück herum,
und die Kniehebel 17, 17', 17" gelangen in die in den Abb. 5 und 6 gezeichnete Lage,
wodurch eine schnelle Trennung der Kontakte -und damit Ausschaltung des Stroms eintritt.
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Wird der Handgriff, um den angeschlossenen Motor für die entgegengesetzte
Drehrichtung einzuschalten, noch. weiter entgegen dem Sinn des Uhrzeigers gedreht,
so drehen sich zunächst der Handgriff a, das Zwischenglied
b und
das Schaltglied c alle zusammen tim die Achse z4., wobei auch die Kniehebel 17,
r7', 17" an der Drehung teilnehmen. ohne ihre Lage gegenüber dem Schaltglied c zu
ändern, bis das Schaltglied c sich so weit gedreht hat, daß die Verbindungskontakte
e über dem mittleren und dem entgegengesetzten achbarkontakt wie im ersten Fall
stehen. Weiter kann sich das Schaltglied c nicht drehen, da es von einem Stift -22
in der Anschlußkontaktplatte lt, der in ein bogenförmiges Langloch im Glied c hineinragt,
daran gehindert wird. Bei weiterer Drehung des Handgriffs a spielt sich alles entsprechend,
nur nach der anderen Seite, so ab, wie es oben beschrieben wurde. Dabei drehen sich
die Kniehebel 17, I7'. 17" um die Achsen 23, 23', 23".
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Die Achsen =o und 23 stecken in kleinen Rollen, die sich in Aussparungen
des Schaltgliedes c legen. Beim Aufkippen der Knieliebel 17 bleiben diese Rollen
in Ruhe. Es drehen sich lediglich die Achsen in diesen Rollen.
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Statt den Schalter mittels des Handgriffs a auszuschalten, kann er
bei Überlastung des durch den Schalter eingeschalteten Motors auch durch einen Thermostaten,
der beispiels-,veise aus einem Bimetallstreifen besteht, ausgeschaltet «-erden.
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Wird in jede der Stromzuführungen zu den mittleren Kontakten R, S,
T der drei Kontaktgruppen ein vom Strom beheizter Bimetallstreifen 25, 2;', 25"
eingeschaltet, so kann mittels der bei Überlastung des Motors eintretenden stärkeren
Erwärmung des Bimetallstreifens der Schalter derart beeinflußt werden, daß er ausschaltet.
Es kann dieses z. B. in der Weise geschehen, daß das sich bei der Erwärmung aufkrümmende
freie Ende des Bimetallstreifens unter die Nase -2-. des hochgekippten Kniehebel:
17 (Abb. 7) drückt. Dadurch wird der Kniehebel 17 über die Strecklage
hinwegbewegt und schnellt dann in die Lage, wie sie Abb. 5 darstellt, zurück, wodurch
der Schalter ausschaltet. Dieses tritt bereits ein, wenn nur einer der Bimetallstreifen
zu stark erwärmt wird, also nur eine der drei Phasen des Drelistroins überlastet
wird.
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Der Bimetalistreifen wird durch den elektrischen Strom am einfachsten
in der Weise erwärmt, daß er selbst vom Strom durchflossen wird. U m hierbei die
Zu- und Abführung des Stroms an die Einspannstelle des Bimetallstreifens verlegen
zu können, wird dieser von der Einspannseite her in einer die Breite unterteilenden
Weise bis in die Nähe des freien Endes aufgespalten, so daß der Strom vc.n der Einspannstelle
zum freien Ende und von liier zur Einspannstelle zurückfließen muß. Abb.
13 stellt einen solchen Streifen dar. Ergibt sich dabei noch kein genügend
großer ' Widerstand, so kann der Bimetallstreifen mehrfach von der Einspannseite
her in einer die Breite unterteilenden Weise bis in die Nähe des freien Endes und
zwischen solchen Spalten vom freien Ende her bis in die Nähe der Ein-! spannsteile
aufgespalten werden (Abb. i4). Die Einspannung der in dieser Weise unterteilten
Bimetallstreifen muß zwischen isolierendem Werkstoff erfolgen.
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Damit bei einem Umschalter, wie ihn die Abb. 5 bis 8 zeigen, der gleiche
auf der Kontaktplatte lt befestigte Bimetallstreifen die Ausschaltung bewirken
kann, gleichgültig für welchen Drehsinn der Schalter eingeschaltet ist, muß die
Nase 24 des Kniehebels 17 bei der Einschaltung, welche die Abb. 7 zeigt, an die
gleiche Stelle kommen wie die gegenüberliegende Nase des Nachbarkniehebels 17' bei
der Einschaltung für den umgekehrten Drehsinn. Der in den Abb.5 bis 8 dargestellte
Schalter ist so ausgebildet.
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Um die Abbildungen nicht zu unübersichtlich zu machen, sind die Bimetallstreifen
25, 25' und 25" nur in der Draufsicht nach Abb. 8 dargestellt, dagegen in Abb. 5
bis 7 fortgelassen.
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Die Abb. 9 bis 12 zeigen einen Umschalter, bei dem das Zwischenglied
b an Stelle der Kniehebel 17, i7', 17" Rollen 26, 26', 26" aufweist,
die bei der Drehung des Zwischengliedes b auf die Höcker 27 hinaufrollen, zwischen
denen sie im ausgeschalteten Zustand, wie Abb. 9 und 1o dieses zeigen, ruhen. Sobald
die Rollenmittelpunkte etwas den höchsten Punkt überschritten haben, ist der Schalter
eingeschaltet. Weiter kann sich dann das Zwischenglied b gegenüber dem Schaltglied
c nicht drehen, da es durch einen Anschlag daran gehindert wird. Dieser Anschlag
kann auch in einem kleinen Winkelhebel 28
bestehen, dessen auf dem Schaltglied
c gelagerter Drehpunkt ungefähr mit dem Berührungspunkt zwischen Rolle 26 und Höcker
27 in der höchsten Rollenlage fluchtet. Mittels der Schraube 29, die sich an dem
Winkelhebel 28 befindet, kann der Anschlag genau eingestellt werden. Das freie Ende
3o des Hebels 28 ruht dabei auf dem hochgeknickten oder mit einem Knopf 3 r versehenen
Ende des Bimetallstreifens 25. Wird der Schalter für die umgekehrte Drehrichtung
eingeschaltet, so stellt sich der zur Nachbarrolle gehörige aclibarwinkelhebel mit
seinem freien Ende 30 über das gleiche Ende des Bimetallstreifens. Sobald dieser,
durch den elektrischen Strom erwärmt, sich hochkrümmt, wird die Rolle 26 über die
höchste Stelle des Höckers 27 hinübergedrückt. Die gleiche Bewegung führen auch
die übrigen Rollen aus, da sie alle durch das Zwischenglied b miteinander gekuppelt
sind. Sobald die Rollen die höchsten Punkte
der Höcker überschritten
haben, findet schnell -das Ausschalten statt.
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Bei allen Ausführungsbeispielen empfiehlt es sich, die Verbindungskontaktstücke
e, e', e"
am Schaltglied c pendelnd aufzuhängen, wie Abb. 3 und 4 dies zeigen,
so daß geringfügige Schrägstellungen möglich sind, damit sie sich fest auf beide
Kontaktstücke der Grundplatte legen.
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Statt daß die Bimetallstreifen bei zu hoher Erwärmung die Getriebeteile
des Schalters unmittelbar aus der Sperrstellung herausdrücken, kann dieses auch
mittelbar dadurch geschehen, daß die Bimetallstreifen bei der Erwärmung durch Ausklinken
eine auf den Anschlag wirkende Federkraft freigeben, so daß der Anschlag den Kniehebel
anhebt, der dadurch in die Ausschaltstellung geht. `