EP1629512B1

EP1629512B1 - Koppelvorrichtung für geräte mit drehbaren schaltelementen

Info

Publication number: EP1629512B1
Application number: EP04728566A
Authority: EP
Inventors: Gunther Eckert; Thomas Rieger; Winfried Vierling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: ES2300764T3; WO2004109731A1; EP1629512A1; BRPI0411015A; CN100559528C; CN1777967A; DE502004006780D1; EP1484775A1

Abstract

Eine Koppelvorrichtung (3) zur Kopplung eines drehbaren An-triebsschaltelementes (4) eines ersten Gerätes (1) mit einem drehbaren Abtriebsschaltelement (6) eines zweiten Gerätes (2) ist für eine Anordnung vorgesehen, bei welcher die Drehach-sen (8,9) der zwei Schaltelemente (4,6) parallel zueinander beabstandet sind und die Schaltelemente (4,6) in Axialrichtung der Drehachsen (8,9) zueinander versetzt sind, und eine gleichsinnige Betätigung der Schaltelemente von einer ersten Position in eine zweite Position vorgesehen ist. Die Koppelvorrichtung (3) weist ein Übersetzungselement (11) mit drei relativ zu diesem starren Koppelelementen (12,13,14) auf, wobei ein erstes Koppelelement (12) als Antriebskoppelelement schwenkbar mit dem Antriebsschaltelement (4) koppelbar ist, ein zweites Koppelelement (13) als Abtriebskoppelelement mit dem Abtriebsschaltelement (6) koppelbar ist, und ein drittes Koppelelement (14) als Übertragungskoppelelement längs einer Führungsbahn (17) verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung für Geräte mit drehbaren Schaltelementen, insbesondere für Reiheneinbaugeräte.
Ein auf eine Tragschiene aufschnappbares Reiheneinbaugerät mit einem auch als Schaltknebel bezeichneten drehbaren Schaltelement ist beispielsweise aus der DE 197 24 945 A1 bekannt. Für ein Reiheneinbaugerät kann optional ein Antrieb mittels eines Fernantriebs vorgesehen sein. Ein Fernantrieb für einen Schutzschalter ist beispielsweise aus der DE 37 10 520 A1 bekannt, wobei sowohl der Fernantrieb als auch der Schutzschalter als Reiheneinbaugeräte ausgebildet sind und jeweils ein auch als Handhabe bezeichnetes drehbares Schaltelement aufweisen. Zur Kopplung der beiden Schaltelemente ist ein diese verbindender Mitnehmer vorgesehen. Eine derartige Kopplung setzt voraus, dass die Schaltelemente um eine gemeinsame geometrische Drehachse schwenkbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfach und raumsparend aufgebaute Koppelvorrichtung für Geräte mit drehbaren Schaltelementen anzugeben, wobei die zu koppelnden Schaltelemente um parallel zueinander beabstandete Drehachsen schwenkbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Koppelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Koppelvorrichtung dient der Kopplung eines drehbaren Antriebsschaltelementes eines ersten Gerätes mit einem drehbaren Abtriebsschaltelement eines zweiten Gerätes. Die Begriffe "Antriebsschaltelement" und "Abtriebsschaltelement" sind zur sprachlichen Unterscheidung der beiden Schaltelemente gewählt und implizieren nicht notwendigerweise eine Funktionsangabe. Jedes Schaltelement ist von einer ersten Position, insbesondere einer Aus-Position, in eine zweite Position, insbesondere eine Ein-Position, in der Regel mit einem Betätigungswinkel von weniger als 180°, schwenkbar. Hierbei sind die Dreh- oder Schwenkachsen parallel zueinander beabstandet und die Schaltelemente in Axialrichtung der Drehachsen versetzt. Zur mechanischen Kopplung der Schaltelemente ist ein Übersetzungselement vorgesehen, welches insgesamt starr ist und drei Koppelelemente aufweist:
Ein erstes, als Antriebskoppelelement bezeichnetes Koppelelement ist mit dem ersten Schaltelement mittels einer Dreh- oder Schwenkverbindung koppelbar. Das Antriebskoppelelement weist hierzu bevorzugt eine Koppelachse auf, welche bei Betätigung des Antriebsschaltelementes auf einem Kreisbogen bewegbar ist. Das erste Koppelelement kann auf einfache Weise als Buchse ausgebildet sein, in welche ein Antriebsstift einsetzbar ist, der zugleich mit dem Antriebsschaltelement verbindbar ist.
Als zweites Koppelelement ist ein Abtriebskoppelelement vorgesehen, welches mit dem zweiten Schaltelement, bevorzugt mittels einer Gleitfläche, koppelbar ist. Während der Abstand der Koppelachse des ersten Koppelelementes zur Drehachse des Antriebsschaltelementes konstant ist, ist der Abstand der Gleitfläche des zweiten Koppelelementes zur Drehachse des Abtriebsschaltelementes variabel.
Als drittes Koppelelement ist ein Übertragungskoppelelement vorgesehen, welches längs einer Führungsbahn verschiebbar ist. Die Führungsbahn kann dabei entweder Teil eines der zu koppelnden Geräte, insbesondere des Gerätes mit dem Abtriebsschaltelement, oder Teil der Koppelvorrichtung sein.
Die Koppelvorrichtung ist damit besonders kompakt aufgebaut, wobei kein weiteres Getriebe zwischen den zu koppelnden Geräten erforderlich ist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Koppelvorrichtung ein Federelement auf, welches schwenkbar am Übertragungselement gelagert ist. Hierzu weist das Übertragungselement ein bevorzugt zwischen dem Antriebskoppelelement und dem Übertragungskoppelelement angeordnetes Federlagerelement auf, an welchem eine Seite des Federelementes gehalten ist. Die andere Seite des Federelementes ist an einem relativ zu den Drehachsen der Schaltelemente festen Lagerpunkt, insbesondere im Gehäuse des das Abtriebsschaltelement beinhaltenden zweiten Gerätes, lagerbar. Das Federelement dient als Kraftspeicher, welcher während des Schaltvorgangs Energie aufnimmt und abgibt. Vorzugsweise wird das Federelement beim Schwenken des Antriebsschaltelements von der ersten Position in die zweite Position zunächst gespannt und vor Erreichen der zweiten Position entspannt. Diese Ausbildung ist insbesondere zusammen mit einem variablen Übersetzungsverhältnis der Koppelvorrichtung vorteilhaft. Wird durch die Betätigung des Abtriebsschaltelementes im zweiten Gerät ein elektrischer Kontakt geschlossen, so sollte das Schließen des Kontaktes möglichst schnell erfolgen. Dies ist dadurch erreicht, dass zum Zeitpunkt des Schließens des Kontakts das Abtriebsschaltelement mit relativ hoher Winkelgeschwindigkeit bewegt wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Antriebsschaltelement, welches beispielsweise motorisch angetrieben ist, im Allgemeinen mit konstanter Betätigungsgeschwindigkeit schwenkt. Wird das Antriebsschaltelement von der Aus-Position in Richtung zur Ein-Position bewegt, so erfolgt zunächst eine relativ langsame Bewegung des Abtriebsschaltelementes. Während dieser langsamen Bewegungsphase wird das Federelement gespannt. Nachdem die maximale Spannung des Federelementes erreicht ist, wird mit nunmehr geändertem Übersetzungsverhältnis das Abtriebsschaltelement relativ schnell weitergedreht. Während dieser zweiten, schnellen Bewegungsphase schließt der Kontakt im zweiten Gerät. Die schnelle Bewegung des Abtriebsschaltelementes wird dabei durch die Entspannung des Federelementes unterstützt.
Zur Realisierung der beschriebenen Bewegungsabläufe weist die Führungsbahn vorzugsweise mehrere Krümmungsbereiche auf. Dabei entspricht die Krümmungsrichtung der Führungsbahn in einem ersten Krümmungsbereich der Krümmung eines Kreises, in welchem die Drehachse des Abtriebsschaltelementes angeordnet ist. Ein zweiter, sich an den ersten Krümmungsbereich anschließender Krümmungsbereich weist die entgegengesetzte Krümmung auf. Der erste Krümmungsbereich, welcher der anfänglichen, relativ langsamen Bewegung des Abtriebsschaltelementes zugeordnet ist, ist der ersten Position, insbesondere Aus-Position zugewandt, und weist einen Krümmungsradius auf, der größer ist als ein Krümmungsradius des zweiten Krümmungsbereiches. Innerhalb beider Krümmungsbereiche kann der Krümmungsradius variieren. Dabei verringert sich der Krümmungsradius des ersten Krümmungsbereiches von der ersten Position in Richtung zur zweiten Position. An den zweiten Krümmungsbreich schließt sich in Richtung zur zweiten Position optional ein nicht gekrümmter Linearführungsbereich an. Im diesem Bereich wird die Winkelgeschwindigkeit des Abtriebsschaltelementes, nachdem der gegebenenfalls im zweiten im zweiten Gerät angeordnete Kontakt bereits geschlossen ist, wieder geringer.
Während zur Kraftübertragung vom Antriebsschaltelement auf das Abtriebsschaltelement beim Schaltvorgang von der ersten zur zweiten Position, insbesondere beim Einschaltvorgang, eine Einwirkung der Gleitfläche des Abtriebskoppelelementes auf das zweite Schaltelement vorgesehen ist, ist in umgekehrter Schaltrichtung, d.h. bei Betätigung des Antriebsschaltelementes von der zweiten Position in die erste Position, vorzugsweise eine Einwirkung des Federelementes auf das zweite Schaltelement, d.h. das Abtriebsschaltelement vorgesehen. Die Koppelvorrichtung ist durch diese Doppelfunktion des Federelementes besonders materialsparend aufgebaut. Auf besonders einfache Weise ist diese Doppelfunktion des Federelementes realisierbar, wenn dieses eine L-förmige Grundform aufweist, wobei das Abtriebsschaltelement einen Betätigungshebel aufweist, der in der zweiten Position zumindest annähernd an einem der L-Schenkel des Federelementes anliegt.
Sofern gewünscht ist, dass das Antriebsschaltelement beim Ausschaltvorgang zunächst ohne Kopplung mit dem Abtriebsschaltelement geschwenkt werden kann, d.h. einen Freiwinkel aufweist, kann diese Funktion durch die Art der Lagerung des Federelementes realisiert werden. Bevorzugt ist das Federelement am Übersetzungselement, beispielsweise mittels einer Lasche, verschiebbar gelagert.
Die Koppelvorrichtung weist nach einer bevorzugten Ausgestaltung einen Rahmen auf, in welchem das Übertragungselement beweglich gelagert ist. Dieser Rahmen wird bevorzugt auf dem zweiten Gerät, d.h. dem Gerät, dessen Schaltelement im Allgemeinen mit Hilfe des ersten Gerätes angetrieben wird, angeordnet. Die Führungsbahn für das Übertragungskoppelelement wird vorzugsweise vom Rahmen gebildet. Weiterhin weist der Rahmen vorzugsweise eine kreisbogenförmige Antriebsführungsbahn auf, längs der das mit dem Antriebsschaltelement schwenkbare Antriebskoppelelement verlagerbar ist. Vorzugsweise sind jeweils zwei Führungsbahnen für das Übertragungskoppelelement und Antriebsführungsbahnen für das Antriebskoppelelement symmetrisch auf zwei Längsseiten des Rahmens angeordnet. Das Abtriebskoppelelement ist dagegen ebenso wie das Federelement zwischen den Längsseiten des Rahmens geführt. Auf dem Rahmen befindet sich vorzugsweise eine Abdeckkappe, welche auch einen Teil der Führungsbahn für das Übertragungskoppelelement sowie der Antriebsführungsbahn bilden kann.
Das Übersetzungselement weist im Querschnitt, d.h. in Blickrichtung längs der Drehachsen der Schaltelemente, bevorzugt eine dreieckige Grundform auf, wobei die Koppelelemente zumindest annähernd an den Ecken des Dreiecks angeordnet sind. Während das Antriebs- sowie Übertragungskoppelelement bevorzugt buchsen- oder stiftförmig ausgebildet sind, ist das Abtriebskoppelelement bevorzugt in der Art einer Betätigungszunge geformt. Diese verbindet zwei innerhalb des Rahmens verschiebbare Wangen des Übersetzungselementes, wobei das Abtriebsschaltelement zwischen die Wangen eingreifen kann. Die mit dem Abtriebsschaltelement zusammenwirkende Gleitfläche des Abtriebskoppelelementes ist bevorzugt derart ausgebildet, dass ein Anlagepunkt, welcher zur Anlage des Abtriebsschaltelements vorgesehen ist, sich bei Betätigung des Antriebsschaltelementes von der ersten Position in die zweite Position zunehmend von der Koppelachse entfernt. Durch diese Verschiebung des Anlagepunktes auf der Gleitfläche wird die oben beschriebene Änderung des Übersetzungsverhältnisses bei der Bewegung des Übersetzungselementes realisiert. Das Abtriebskoppelelement ist in Relation zu einer Verbindungslinie zwischen dem Antriebskoppelelement und dem Übertragungskoppelelement bevorzugt derart positioniert, dass eine Mittelsenkrechte der im Wesentlichen ebenen Gleitfläche die Verbindungslinie und/oder zumindest annähernd das Übertragungskoppelelement schneidet.
Der Rahmen der Koppelvorrichtung ist bevorzugt zur mechanischen Verbindung mit dem seitlich, d.h. in Axialrichtung der Drehachsen versetzt, benachbarten ersten, das Antriebsschaltelement aufweisenden Gerät vorgesehen. Hierzu weist der Rahmen mindestens ein Schnappverbindungselement auf. Vorzugsweise ist mindestens ein positives Schnappelement, d.h. ein hervorgehobenes Schnappelement und mindestens ein Negativschnappelement, d.h. ein als Aussparung oder Vertiefung ausgebildetes Schnappelement vorgesehen. Durch die Mehrzahl der Schnappverbindungselemente ist der Rahmen stabil, insbesondere verdrehsicher, mit dem ersten Gerät verbindbar.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass zwei Schaltelemente mit unterschiedlichen Drehachsen koppelbar sind, wobei ein variables Übersetzungsverhältnis hergestellt ist und die Kopplung in Querrichtung der zu verbindenden Geräte, d.h. in Richtung der Drehachsen, keinen zusätzlichen Raum benötigt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

FIG 1 bis 7: in vereinfachter Querschnittsdarstellung ein Koppelelement zweier ausschnittsweise dargestellter Geräte beim Einschaltvorgang,
FIG 8: das Koppelelement in einer Darstellung analog den FIG 1 bis 7 beim Ausschaltvorgang,
FIG 9: in einer perspektivischen Darstellung das Koppelelement mit einer Abdeckkappe,
FIG 10: das Koppelelement ohne Abdeckkappe,
FIG 11: das Koppelelement mit einem Schnappverbindungselement,
FIG 12: das Koppelelement mit Schnappverbindungselement und Abdeckkappe,
FIG 13: die Abdeckkappe,
FIG 14: ein Federelement der Koppelvorrichtung,
FIG 15: ein Übersetzungselement der Koppelvorrichtung,
FIG 16: einen Rahmen der Koppelvorrichtung, und
FIG 17: in einem Diagramm die Relation zwischen der Betätigungsgeschwindigkeit eines Antriebs- und eines Abtriebskoppelelementes der Koppelvorrichtung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Funktionsweise einer zur Kopplung eines ersten Gerätes 1 mit einem zweiten Gerät 2 vorgesehenen Koppelvorrichtung 3 wird nachfolgend anhand der FIG 1 bis 8 erläutert. Beim ersten Gerät 1 handelt es sich um einen Fernantrieb mit einem motorisch angetriebenen als Antriebsschaltelement 4 bezeichneten Betätigungsknebel, welcher auch manuell betätigbar ist und als einziges Teil des ersten Gerätes 1 in den Darstellungen sichtbar ist. Ein Griffstück 5 des Antriebsschaltelementes 4 ist um einen Betätigungswinkel α von 100° (FIG 7) schwenkbar. Die motorische Schwenkbewegung wird in 1,2 s vollzogen, entsprechend einer Schwenkgeschwindigkeit von 83°/s. Das zweite Gerät 2 weist einen als Abtriebsschaltelement 6 bezeichneten Betätigungsknebel mit einem Betätigungshebel 7 auf, welcher um einen Schwenkwinkel β von 90° drehbar ist. Das zweite Gerät 2, im Ausführungsbeispiel ein FI-Schalter, ist für eine Schwenkbewegung des Abtriebsschaltelementes 6 in 0,5 Sekunden, d.h. eine Schwenkgeschwindigkeit von 180°/s, ausgelegt. Die Anforderungen an die Betätigungsgeschwindigkeit des Abtriebsschaltelementes 6 unterscheiden sich damit wesentlich von den Gegebenheiten des ersten Gerätes 1 mit einer wesentlich geringeren Schwenkgeschwindigkeit. Um das erste Gerät 1 zum Antrieb des Abtriebsschaltelementes 6 des zweiten Gerätes 2 nutzen zu können, weist die Koppelvorrichtung 3 in nachstehend noch näher erläuterter Weise ein variables Übersetzungsverhältnis auf.
Das Antriebsschaltelement 4 ist um eine erste Drehachse 8 drehbar, während das Abtriebsschaltelement 6 um eine zweite, relativ zur ersten Drehachse parallel versetzte Drehachse 9 drehbar ist. Das zweite Gerät 2, dessen Gehäuse 10 in den Darstellungen ausschnittsweise sichtbar ist, ist relativ zum ersten Gerät 1 in Richtung der Drehachsen 8,9 versetzt an dieses angrenzend. Beide Geräte 1,2 sind als auf eine Hutschiene aufschnappbare Reiheneinbaugeräte ausgebildet, wobei die zweite Drehachse 9 des zweiten Gerätes 2 geringer von der Hutschiene beabstandet ist als die erste Drehachse 8 des ersten Gerätes 1. Auf das zweite Gerät 2 ist die Koppelvorrichtung 3 aufgesetzt. Im Übrigen sind die Geräte 1,2 in etwa konturengleich.
Die Koppelvorrichtung 3 weist ein Übersetzungselement 11 mit einer dreieckigen Grundform auf, wobei zumindest annähernd in dessen Ecken jeweils ein Koppelelement 12,13,14 angeordnet ist. Das auch als Antriebskoppelelement bezeichnete erste Koppelelement 12 weist eine Koppelachse 15 auf, längs der ein Antriebsstift 16 angeordnet ist, welcher eine Verbindung zwischen der Koppelvorrichtung 3 und dem Antriebsschaltelement 4 herstellt. Das Antriebskoppelelement 12 ist somit stets von der ersten Drehachse 8 konstant beabstandet, wobei eine Schwenkbewegung zwischen dem Antriebsschaltelement 4 und dem Übersetzungselement 11 möglich ist.
Das zweite Koppelelement 13 ist als etwa zungenförmiges Abtriebskoppelelement ausgebildet, welches zur Betätigung des Betätigungshebels 7 des Abtriebsschaltelementes 6 vorgesehen ist. Das dritte Koppelelement 14 wird auch als Übertragungskoppelelement bezeichnet und ist längs einer Führungsbahn 17 verschiebbar gelagert.
Das Übersetzungselement 11 weist des Weiteren ein bolzenförmiges Federlageelement 18 auf, an welchem ein Federelement 19 mittels einer Lasche 20 schwenkbeweglich und in gewissem Umfang auch verschieblich gelagert ist. Das als im Querschnitt L-förmige Blattfeder ausgebildete Federelement 19 ist an einem Abstützpunkt 21 im Gehäuse 10 gelagert.
Die FIG 1 zeigt die Koppelvorrichtung 3 und die Schaltelemente 4,6 in einer ersten Position, nämlich Aus-Position der Geräte 1,2. Eine dem Betätigungshebel 7 zugewandte Gleitfläche 22 des Abtriebskoppelelementes 13 befindet sich nicht in Kontakt mit dem Abtriebsschaltelement 6. Die Gleitfläche 22 ist im Wesentlichen eben ausgebildet und derart relativ zu dem Antriebskoppelelement 12 und dem Übertragungskoppelelement 14 ausgerichtet, dass eine Mittelsenkrechte 23 der Gleitfläche 22 eine Verbindungslinie 24 zwischen dem Antriebskoppelelement 12 und dem Übertragungskoppelelement 14 schneidet.
Wird das Antriebsschaltelement 4 in Richtung zur zweiten Position, der Ein-Position, in den Darstellungen nach rechts, geschwenkt, so kommt die Gleitfläche 22 an einem ersten Anlagepunkt 25, welcher relativ weit von der zweiten Drehachse 9 beabstandet ist, mit dem Betätigungshebel 7 in Kontakt (FIG 2). Durch den damit gegebenen langen Hebelarm am Abtriebsschaltelement 6 wird dieses zunächst nur langsam geschwenkt.
Das gegebene Übersetzungsverhältnis stellt auch ein zuverlässiges Starten der Schwenkbewegung des Abtriebsschaltelementes 6 sicher.
Beim weiteren Drehen des Antriebsschaltelementes 4 in Richtung zur Ein-Position verschiebt sich der Kontaktbereich zwischen dem Abtriebskoppelelement 13 und dem Betätigungshebel 7 zu einem zweiten Anlagepunkt 26, welcher im Vergleich zum ersten Anlagepunkt 25 relativ gering von der zweiten Drehachse 9 beabstandet ist (FIG 3). Bei der Schwenkbewegung der Antriebsschaltelement 4,6 von der in FIG 2 dargestellten Position in die in FIG 3 dargestellte Position bewegt sich das stiftförmige Übertragungskoppelelement 14 längs eines ersten Krümmungsbereiches 27, dessen Krümmung in Richtung zur Ein-Position, d.h. in der Darstellung nach rechts, zunimmt. Ein mittlerer Krümmungsradius innerhalb des ersten Krümmungsbereiches 27 ist mit R1 bezeichnet. Die Krümmung innerhalb des ersten Krümmungsbereiches 27 entspricht der Krümmung eines Kreises, in welchem die zweite Drehachse 9 angeordnet ist. Die am Anfang des ersten Krümmungsbereiches, d.h. in einem Bereich, in welchem sich das Übertragungskoppelelement 14 in Aus-Position (FIG 1) befindet, nahezu parallel zu einer Gehäuseoberkante 28 des zweiten Gerätes 2 verlaufende Führungsbahn 17 fällt somit in deren weiterem Verlauf, d.h. in Richtung zur Ein-Position, zur Gehäuseoberkante 28 hin ab. Trotz der Verlagerung der Anlagepunkte 25,26 zur zweiten Drehachse 9 hin bewirkt dieser abfallende Verlauf der Führungsbahn 17 im ersten Krümmungsbereich 27 eine nur allmählich schneller werdende Schwenkbewegung des Abtriebsschaltelementes 6, wobei davon ausgegangen wird, dass sich das Antriebsschaltelement 4 mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit dreht.
Wie aus einem Vergleich der FIG 2 und 3 ersichtlich ist, wird das Federelement 19 bei der Verschiebung des Übertragungskoppelelementes 14 längs des ersten Krümmungsbereiches 27 der Führungsbahn 17 komprimiert. Das Federelement 19 ist als Druckfeder ausgebildet, wobei ein Abheben des Übertragungskoppelelementes 14 von der Führungsbahn 17 durch ein hier nicht dargestelltes Abdeckelement verhindert wird. Durch die Komprimierung des Federelementes 19 wird somit in diesem Energie gespeichert. Diese Energiespeicherung findet in einer ersten Bewegungsphase des Übersetzungselementes 11 statt, während das Abtriebsschaltelement 6 langsam, jedoch mit zunehmender Geschwindigkeit bewegt wird.
Bei der weiteren Schwenkbewegung der Schaltelemente 4,6 in Richtung zur Ein-Position durchläuft das Übertragungselement 14, wie anhand der FIG 4 bis 7 ersichtlich, zunächst einen zweiten Krümmungsbereich 29 und anschließend einen Linearführungsbereich 30. Der zweite Krümmungsbereich 29 ist im Vergleich zum ersten Krümmungsbereich 27 in entgegengesetzter Richtung gekrümmt und weist einen Krümmungsradius R2 auf, welcher geringer ist als der Krümmungsradius R1 innerhalb des ersten Krümmungsbereiches 27. Während das Übertragungskoppelelement 14 den zweiten Krümmungsbereich 29 durchläuft, tritt die maximale Kompression und damit die maximale Energiespeicherung im Federelement 19 auf. Anschließend, insbesondere im Linearführungsbereich 30, wird das Federelement 19 wieder entspannt. Die Führungsbahn 17 steigt innerhalb eines Teiles des zweiten Krümmungsbereiches 29 sowie innerhalb des anschließenden Linearführungsbereiches 30 relativ zur Gehäuseoberkante 28 an, wobei gleichzeitig das Abtriebskoppelelement 13, welches den Betätigungshebel 7 nunmehr mit einem an den ebenen Bereich der Gleitfläche 22 anschließenden Rundungsbereich 31 kontaktiert, auf die zweite Drehachse 8 zu bewegt wird. Hierdurch beschleunigt sich die Drehbewegung des Abtriebsschaltelementes 6. Diese beschleunigte Bewegung wird unterstützt durch die Entspannung des Federelementes 19.
Die FIG 8 zeigt einen Schaltzustand während des Ausschaltvorgangs, d.h. während der Bewegung des Antriebsschaltelementes 4 von der Ein-Position, in der Darstellung rechts (FIG 7) in die Aus-Position, in der Darstellung links (FIG 1). Aufgrund der Aufhängung des Federelementes 19 am Federlagerelement 18 mittels der Lasche 20 existiert ein Freiwinkel γ, innerhalb dessen das Antriebsschaltelement 4 in Richtung zur Aus-Position zurückgeschwenkt werden kann, ohne das Abtriebsschaltelement 6 mitzunehmen. Erst nach Ausschöpfung des Freiwinkels γ greift das Federelement 19 mit einem dessen Federschenkel 32,33 verbindenden abgerundeten Übergangsbereich 34 am Betätigungshebel 7 an. Das Abtriebskoppelelement 13 ist dabei vom Abtriebsschaltelement 6 abgehoben und somit während des Ausschaltvorgangs außer Funktion. Wird während des Ausschaltvorgangs jedoch zunächst das Abtriebsschaltelement 6 bewegt, so kann dieses am Abtriebskoppelelement 13 angreifen und somit auch das Antriebsschaltelement 4 in die Aus-Position überführen.
Die FIG 9 bis 16 zeigen die Koppelvorrichtung 3 bzw. Teile dieser in verschiedenen perspektivischen Darstellungen. Die Koppelvorrichtung 3 weist einen Rahmen 35 auf, in dem das Übersetzungselement 11 einschließlich des Federelementes 19 beweglich gelagert ist und der von einer Abdeckkappe 36 abgedeckt ist. Jeweils eine Führungsbahn 17 ist auf einer ersten Längsseite 37 und einer zweiten Längsseite 38 des Rahmens 35, welche dem nicht dargestellten ersten Gerät 1 zugewandt ist, ausgebildet. Des Weiteren ist auf jeder Längsseite 37,38 eine Antriebsführungsbahn 39 ausgebildet, längs welcher der im buchsenförmigen ersten Koppelelement 12 gelagerte Antriebsstift 16 verschiebbar ist.
Die Gestaltung des Übersetzungselementes 11 ist insbesondere aus FIG 15 ersichtlich. Zwei annähernd dreieckige Wangen 40 sind verbunden durch das als Hülse ausgebildete erste Koppelelement 12, das zungenförmige Abtriebskoppelelement 13, das als Führungsstift ausgebildete Übertragungskoppelelement 14 sowie das stiftförmige Federlagerelement 18. Zwischen den Wangen 40, die in der Koppelvorrichtung 3 parallel zu den Längsseiten 37,38 angeordnet sind, kann der Betätigungshebel 7 des Abtriebsschaltelementes 6 eingreifen.
Die Koppelvorrichtung 3 ist mittels eines Schnappverbindungselementes 41 mit dem ersten Gerät 1 verbindbar. Das Schnappverbindungselement 41 weist jeweils zwei Positiv-Schnappelemente 42 und Negativ-Schnappelemente 43 auf, welche mit geeignet geformten Schnappelementen am ersten Gerät 1 korrespondieren. Durch diese mehrfache Einrastung der Koppelvorrichtung 3 am ersten Gerät 1 ist eine stabile, verdrehsichere Halterung erreicht. Dabei hat die Koppelvorrichtung 3 in seitlicher Richtung, d.h. in Erstreckungsrichtung der Drehachsen 8,9 sowie des Antriebsstiftes 16 praktisch keinen Raumbedarf.
Das in FIG 17 dargestellte Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen dem Schwenkwinkel β des Abtriebsschaltelementes 6 des zweiten Gerätes 2 und der Betätigungsgeschwindigkeit F1 des ersten Gerätes 1, nämlich Fernantriebes sowie der Schwenkgeschwindigkeit F2 des zweiten Gerätes 2, nämlich FI-Schalters. Die Aus-Position entspricht einem Schwenkwinkel β von 0°, die Ein-Position einem Schwenkwinkel β von 90°. Der Einschaltvorgang ist somit im Diagramm von rechts nach links zu betrachten. Die Beträge der Geschwindigkeiten nehmen nach unten zu. Die Betätigungsgeschwindigkeit F1 des Antriebsschaltelementes 4 ist während des gesamten Schaltvorgangs konstant bei knapp minus 1 rad pro Sekunde. Die Stellung des Abtriebsschaltelementes 6 zu Beginn des Schaltvorgangs, entsprechend FIG 1, ist bei einem Schwenkwinkel β von 0° und bei einer Schwenkgeschwindigkeit F2 von 0 rad pro Sekunde gegeben. Der anfangs gezackte Verlauf der Schwenkgeschwindigkeit ergibt sich aus der Verlagerung der Anlagepunkte 25,26 zu Beginn des Schwenkvorgangs. Bei einem Schwenkwinkel β von etwa 45° weist die Schwenkgeschwindigkeit F2 ein Maximum 44 auf (in der Darstellung wegen negativer Winkelgeschwindigkeiten unten). Im Bereich des Maximums 44 schließt ein Kontakt im zweiten Gerät 2. Bei weiterer Schwenkbewegung des Abtriebsschaltelementes 6 und geschlossenem Kontakt verlangsamt sich die Schwenkgeschwindigkeit F2 wieder. Entscheidend ist die hohe Schaltgeschwindigkeit während der Kontaktberührung, durch die die Funkenbildung minimiert wird.

Claims

Koppelvorrichtung zur Kopplung eines drehbaren Antriebsschaltelementes (4) eines ersten Gerätes (1) mit einem drehbaren Abtriebsschaltelement (6) eines zweiten Gerätes (2), wobei die Drehachsen (8,9) der zwei Schaltelemente (4,6) parallel zueinander beabstandet sind und die Schaltelemente (4,6) in Axialrichtung der Drehachsen (8,9) zueinander versetzt sind, und eine gleichsinnige Betätigung der Schaltelemente von einer ersten Position in eine zweite Position vorgesehen ist,
mit einem Übersetzungselement (11) gekennzeichnet durch drei relativ zu diesem starren Koppelelementen (12,13,14), wobei
• ein erstes Koppelelement (12) als Antriebskoppelelement schwenkbar mit dem Antriebsschaltelement (4) koppelbar ist,

• ein zweites Koppelelement (13) als Abtriebskoppelelement mit dem Abtriebsschaltelement (6) koppelbar ist, und

• ein drittes Koppelelement (14) als Übertragungskoppelelement längs einer Führungsbahn (17) verschiebbar ist.
Koppelvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Koppelelement (12) mittels einer Koppelachse (15) mit dem Antriebsschaltelement (4) koppelbar ist.
Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Koppelelement (13) mittels einer Gleitfläche (22) mit dem Abtriebsschaltelement (6) koppelbar ist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (17) einen ersten Krümmungsbereich (27) aufweist, in welchem die Krümmungsrichtung der Krümmung eines Kreises entspricht, in welchem die Drehachse (9) des Abtriebsschaltelementes (9) angeordnet ist, sowie einen zweiten Krümmungsbereich (29) mit entgegengesetzter Krümmung.
Koppelvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Krümmungsbereich (27) der ersten Position zugewandt ist und einen Krümmungsradius (R1) aufweist, der größer ist als ein Krümmungsradius (R2) des zweiten Krümmungsbereiches (29).
Koppelvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zweiten Krümmungsbereich (29) zur zweiten Position hin ein Linearführungsbereich (30) anschließt.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass am Übersetzungselement (11) ein Federelement (19) schwenkbar angelenkt ist, welches zur Lagerung an einem relativ zu den Drehachsen (8,9) festen Abstützpunkt (21) vorgesehen ist.
Koppelvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Schwenken des Antriebsschaltelements (4) von der ersten Position in die zweite Position das Federelement (19) zunächst gespannt und vor Erreichen der zweiten Position entspannt wird.
Koppelvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) zur Betätigung des Abtriebsschaltelementes (6) bei der Bewegung des Antriebsschaltelementes (4) von der Ein-Position in die Aus-Position vorgesehen ist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) eine L-förmige Grundform aufweist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) am Übersetzungselement (11) zumindest geringfügig verschiebbar gelagert ist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
gekennzeichnet durch einen Rahmen (35), in welchem das Übersetzungselement (11) beweglich gelagert ist.
Koppelvorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (17) vom Rahmen (35) gebildet ist.
Koppelvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebskoppelelement (13) zwischen zwei jeweils eine Führungsbahn (17) aufweisenden Längsseiten (37,38) des Rahmens (35) angeordnet ist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungselement (11) zwei parallel zueinander beabstandete innerhalb des Rahmens (35) verschiebbare Wangen (40) aufweist, welche durch das Abtriebskoppelelement (13) verbunden sind.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
gekennzeichnet durch eine den Rahmen (35) abdeckende Abdeckkappe (36).
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungselement (11) eine im Wesentlichen dreieckige Grundform aufweist, wobei die Koppelelemente (12,13,14) zumindest annähernd an den Ecken angeordnet sind.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebskoppelelement (12) als Buchse, in welche ein die Schaltelemente (4,6) über das Übersetzungselement (11) verbindender Antriebsstift (16) einsetzbar ist, ausgebildet ist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungskoppelelement (14) als in der Führungsbahn (17) gelagerter Führungsstift ausgebildet ist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
gekennzeichnet durch eine kreisbogenförmige Antriebsführungsbahn (39), längs der das Antriebskoppelelement (12) verlagerbar ist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
gekennzeichnet durch ein mit dem Rahmen (35) verbundenes Schnappverbindungselement (41) zur Verbindung mit einem der zu koppelnden Geräte (1,2).
Koppelvorrichtung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schnappverbindungselement (41) mindestens ein Positivschnappelement (42) und mindestens ein Negativschnappelement (43) aufweist.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (22) des Abtriebskoppelelementes (13) derart ausgebildet ist, dass ein Anlagepunkt (25,26), welcher zur Anlage des Abtriebsschaltelements (6) vorgesehen ist, sich bei Betätigung des Antriebsschaltelementes (4) von der Aus-Position in die Ein-Position zunehmend in Richtung zur Drehachse (9) des Abtriebsschaltelements (6) verlagert.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (22) des Abtriebskoppelelementes (13) im Wesentlichen eben ausgebildet ist, wobei eine Mittelsenkrechte (23) der Gleitfläche (22) eine Verbindungslinie (24) zwischen dem Antriebskoppelelement (12) und dem Übertragungskoppelelement (14) schneidet.
Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, dass bei konstanter Betätigungsgeschwindigkeit (F1) des Antriebskoppelelementes (4) die Schwenkgeschwindigkeit (F2) des Abtriebskoppelelementes (6) variiert.
Koppelvorrichtung nach Anspruch 25,
gekennzeichnet durch ein Maximum (44) der Schwenkgeschwindigkeit (F2) des Abtriebskoppelelementes (6) zwischen dessen erster Position und dessen zweiter Position.