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Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einem
Schaltschloss gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1.
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Ein Schaltgerät, insbesondere ein Schutzschaltgerät, mit einem
Schaltschloss kommt beispielsweise als Leitungsschutzschalter zum
Einsatz. Leitungsschutzschalter – auch als LS-Schalter oder Leitungsschutzautomaten
bezeichnet – werden
heute vorwiegend anstelle von Schmelzsicherungen verwendet.
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Leitungsschutzschalter sind Überstromschutzschalter
mit einer ersten und einer zweiten Auslöseeinrichtung, die auf ein
Schaltschloss wirken. Eine elektromagnetische Auslöseeinrichtung
wirkt als Schnellauslösung
bei einem Kurzschluss. Eine thermische Bimetall- Auslöseeinrichtung
schaltet bei dauerhaften Überlastungen
ab, wenn sich die betroffene Leitung unzulässig erwärmt. Das Schaltschloss lässt sich
auch mittels eines manuell betätigbaren Schaltknebels
betätigen,
wodurch der jeweilige Leitungsschutzschalter auch zum Unterbrechen
eines Stromkreises dienen kann.
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Ein derartiger Leitungsschutzschalter
mit einem Schaltschloss, welches einen beweglichen Kontaktarm, einen
Auslösehebel,
eine Klinke und mehrere Rahmenteile aufweist, ist aus der
US 4,968,863 bekannt. Kräfte die
zwischen den Teilen der Baueinheit auftreten verlaufen dabei weitestgehend
in einer Ebene. Der bewegliche Kontaktarm und eine Schenkelfeder
des Schaltschlosses sind dabei an einer Achse drehbeweglich gelagert.
Weiterhin ist aus der
DE
30 31 482 C2 ein Leitungsschutzschalter mit einem Schaltmechanismus
bekannt, wobei eine Schenkelfeder an einem ersten Ende eine gehäusefest
Achse umfasst, an einem Ansatz eines Klinkenhebels und an einem
zweiten Ende an einem Kontakthebel anliegt.
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Ein Serienprodukt wie ein Leitungsschutzschalter
unterliegt marktbedingten, kostenrestriktiven Vorgaben, die sich
in einem erheblichen Maße
auf die Anzahl verbauten Gerätebauteile
auswirken. Der Leitungsschutzschalter des vorab aufgeführten Standes
der Technik weist jedoch eine diese Vorgaben ungünstig beeinflussende Anzahl
an Gerätebauteilen auf.
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Des Weiteren ist ein teilereduziertes
Schaltschloss eines Leitungsschutzschalters aus der
DE 1 904 731 bekannt. Dieses Schaltschloss
weist eine Baueinheit auf, die sich im wesentlichen aus einem beweglichen
Kontaktarm, einem Auslösehebel
und einer Klinke zusammensetzt. Hierbei ist der bewegliche Kontaktarm
auf einer Achse gelagert.
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Ein wesentliches Kriterium für die Funktionssicherheit
eines Leitungsschutzschalters stellt eine so genannte Rückverklinkung
zwischen dem Auslösehebel
und der Klinke dar. Ein diese Funktion begünstigendes Element ist jedoch
nicht gegeben.
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Aus der
DE 33 39 398 A1 ist ebenfalls
ein Leitungsschutzschalter mit einem Schaltschloss bekannt. Das
Schaltschloss weist zumindest in einem Abschnitt ein Kunststoffteil
auf, wobei dieses jedoch auf Grund der Nähe zur Kontaktstelle aus einem
besonders beständigen
und somit teuren Werkstoff gefertigt sein muss.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ein Schaltgerät
mit einem Schaltschloss anzugeben, mit dem die oben beschriebenen
Probleme gelöst
sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Schaltgerät
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass das Schaltgerät mit einem
Gehäuse
und mit einem Schaltschloss versehen ist,
- – wobei
das Schaltschloss eine dreiteilige Baueinheit mit einem Auslösehebel,
einer Klinke und einem beweglichen Kontaktarm aufweist,
- – wobei
die Baueinheit im wesentlichen von einem metallischen Material gebildet
ist, und
- – wobei
der bewegliche Kontaktarm endseitig mit der Klinke mittels eines
Verbindungselements ein Gelenk bildet,
- – wobei
der bewegliche Kontaktarm und der Auslösehebel an einer gehäusefesten
Umlenkachse drehbeweglich gelagert sind, und
- – wobei
eine die Rückverklinkung
des Schaltschlosses unterstützende
Feder an einem ersten Ende das Gelenk umfasst, an der Umlenkachse anliegt
und an einem zweiten Ende am Auslösehebel einwirkt, und
- – wobei
an der Baueinheit angreifende und zwischen den Bauteilen der Baueinheit
auftretende Kräfte
im wesentlichen in einer Ebene verlaufen.
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Die durch die Erfindung erzielbare
kostengünstige
Konstruktion eines Schaltschlosses wirkt sich kostensenkend auf
die Herstellung eines Schaltgeräts
aus. Gegeben ist dies insbesondere durch die dreiteilige Baueinheit
des Schaltschlosses, welche aus einfachen, metallischen, ggf. materialeinheitlichen,
Stanz-Biegeteilen gefertigt ist. Weiterhin trägt die einachsige Lagerung
des Kontaktarms und des Auslösehebels
zur günstigen
Herstellung bei. Die die Kräftebilanz
und die Rückverklinkung
begünstigende Feder,
ist derart angeordnet bzw. ausgelegt, dass sie einerseits dem Bewegungsablauf
der Baueinheit folgen kann bzw. andererseits mit einer geringen
Vorspannung funktionstüchtig
ist. Ein weiteres Bauteil zur Kompensation eines auftretenden Kippmoments ist
nicht erforderlich, da an der Baueinheit angreifende oder zwischen
den Bauteilen der Baueinheit auftretende Kräfte in nur einer Ebene wirksam
sind.
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Vorteilhafterweise ist die Feder
als Blatt- oder Runddrahtfeder ausgebildet, so dass eine spezifische
Auswahlmöglichkeit,
je nach Einsatzzweck und Schaltgerätetyp, gegeben ist.
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Mit Vorteil verlaufen die an der
Baueinheit angreifenden und zwischen den Bauteilen der Baueinheit
auftretenden Kräfte
im wesentlichen in der Ebene des beweglichen Kontaktarms. Ein ursächliches,
Reibungsverluste erzeugendes und ein die Kräftebilanz ungünstig beeinflussendes
Kippmoment kann demnach vermieden werden.
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Weitere Vorteile und Details der
Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Schaltgerät
mit einem Schaltschloss in der Aus-Stellung in einer Seitenansicht,
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2 ein
Schaltgerät
gemäß 1 in einer Vorderansicht,
und
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3 ein
Schaltgerät
gemäß 1 in der Draufsicht.
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Im nachfolgenden Text sind gleiche
Teile der Figuren mit gleichen Bezugszeichen oder sinngemäß mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
ein Schaltgerät 1 mit
einem Gehäuse 2 und
einem Schaltschloss 3 in der so genannten Aus-Stellung
AS gezeigt. Das Schaltschloss 3 weist einen Auslösehebel 4,
eine Klinke 5, einen beweglichen Kontaktarm 6 und
eine gehäusefeste
Umlenkachse 7 auf. Die Bauteile Schaltschloss 3,
Auslösehebel 4 und
Klinke 5 sind aus einem metallischen Material, insbesondere
aus Stahl, Messing, Kupfer, Bronze und/oder Messing, und von Stanz-Biegeteilen
gebildet. Für
den Zusammenhalt der Bauteile des Schaltschlosses 3, insbesondere
des Auslösehebels 4,
der Klinke 5 und des Kontaktarms 6, greifen der Auslösehebel 4 und
die Klinke 5 um den Kontaktarm 6 herum und werden
durch die eingeschobene Umlenkachse 7 und den Bolzen 9 mit
dem Kontaktarm 6 verbunden. Der Kontaktarm 6 weist
in dieser Ansicht eine annähernd
spiegelverkehrte S-Form auf und ist auf seiner Bauteillänge in etwa
mittig mit einer Aussparung 8 versehen, in der die Umlenkachse 7 angeordnet
ist.
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Die Aussparung 8 kann sowohl
offen als auch geschlossen ausgeführt sein und ist hinsichtlich der
Bauteilbreite des Kontaktarms 6 im wesentlichen zum Auslösehebel 4 hin
gerichtet.
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Die Aussparung 8 weist in
Bezug auf die Umlenkachse 7 ein Übermaß auf, wodurch eine erleichterte
Montage der Gerätebauteile
gegeben ist. Die Aussparung 8 dient in Verbindung mit der
Umlenkachse 7 lediglich dem Zusammenhalt der Gerätebauteile.
Die Umlenkachse 7 ist weitestgehend frei in der Aussparung 8 angeordnet
und erfüllt
ggf. als Anschlag eine begrenzende oder umlenkende Funktion.
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Die Klinke 5 ist endseitig
mittels eines Bolzens 9 an einem ersten Endstück 10 des
Kontaktarms 6 derart gekoppelt, dass ein Gelenk gegeben ist.
Der Bolzen 9 ist seinerseits verschiebbar in einem vom
Gehäuse 2 gebildeten
Aufnahmeelement 11 geführt.
Das Aufnahmeelement 11 kann auch als bogenförmige Kulisse
ausgebildet sein, wobei das Aufnahmeelement 11 und ggf.
die Kulisse gleichermaßen
eine bogenförmige Öffnung 12 aufweisen.
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Das Aufnahmeelement 11 kann
sowohl als Anformteil des Gehäuses 2 als
auch als separates Gehäuseteil
ausgebildet sein. Das separate Gehäuseteil kann im Gehäuse 2 ortsveränderlich
angeordnet werden, so dass eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten
gegeben sind. An dem der endseitig bolzengekoppelten Seite gegenüberliegenden
Ende ist die Klinke 5 mit einem Bügel 13 verbunden,
der wiederum mit einer Knebelwalze 14 in Wirkverbindung
steht. Das Gehäuse 2,
welches ggf. aus Isolierstoff ist, kann aus zwei Gehäuseschalen
mit jeweils einem Aufnahmeelement 11 bestehen, wobei der Bolzen 9 beidseitig
geführt
ist.
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Der Bolzen 9 ist von einer
die Rückverklinkung
des Schaltschlosses 3 unterstützende Feder 15 an
ihrem ersten Ende 16 umfasst. Die Rückverklinkung stellt in der
Aus-Stellung AS sicher, dass das Schaltschloss 3 einen
definierten Schaltzustand annimmt. Die Feder 15 liegt an
der Umlenkachse 7 an und wirkt mit ihrem zweiten Ende 17 an
einem Fortsatz 18 des Auslösehebels 4 ein. In
der Ein-Stellung ES wirkt die Feder 15 als Rüttel- oder
Erschütterungssicherung
gegen ein ungewolltes Entklinken.
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Die Feder 15, hier als Schenkelfeder
ausgebildet, ist sozusagen frei am Gelenk gelagert und kann der
Kinematik der Bauteile des Schaltschlosses 3 folgen. Daher
ist das durch die Feder erzeugte Drehmoment in der Ein-Stellung
ES mit dem Drehmoment in der Aus-Stellung gleich. Die Feder 15 kann
darüber
hinaus in Form einer Blatt- oder Runddrahtfeder auch als Schenkel-
bzw. Spiralfeder oder in einer äquivalenten
Bauform ausgebildet sein.
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Der Kontaktarm 6 weist zwischen
der Aussparung 8 und dem Bolzen 9 eine Eingriffsöffnung 19 für eine darin
eingreifende Zugfeder 20 auf. Die Zugfeder 20 ist
zudem in einer Aufnahmeöffnung 21 einer
Halterung 22 aufgenommen und erfährt hierbei eine Vorspannung.
Die Halterung 22 kann in einem ersten Winkelbereich α derart montiert
oder verstellt werden, dass sich vorteilhafterweise unterschiedlichen
Zugfederlagen unterschiedliche Kontaktkräfte zuordnen lassen, wodurch
definierbare Schaltgerätetypen
bestimmbar sind. An einem zweiten Endstück 23 des Kontaktarms 6 ist
ein erstes Kontaktstück 24 in
etwa auf gleicher Höhe
zu einem zweiten Kontaktstück 25 angeordnet.
Das zweite Kontaktstück 25 ist auf
einem Festkontaktträger 26 platziert,
der Teil einer hier nicht näher
beschriebenen Baueinheit ist.
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Das Schaltschloss 3 weist
im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Schaltschloss neben der Umlenkachse 7 das Aufnahmeelement 11 auf,
welches als Dreh- und Schwenkelement für den beweglichen Kontaktarm 6 dient.
Somit ist die Führung
des beweglichen Kontaktarms 6 nicht durch eine Kombination
aus Umlenkachse 7 und Aussparung 8, sondern durch
das Aufnahmeelement 11, deren Öffnung 12 und den
darin geführten
Bolzen 9 gegeben. Die Umlenkachse 7 und der Bolzen 9 können ggf.
auch von einem Kunststoff gebildet sein.
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Erfolgt eine Betätigung der Knebelwalze 14 im
Sinne einer Umschaltung von der Aus-Stellung AS zur so genannten
Ein-Stellung ES,
die hier grob schematisch angedeutet ist, überträgt die Knebelwalze 14 ihre
Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung auf den Bügel 13.
Der Bügel 13 gibt
seinerseits die Translationsbewegung an die Klinke 5 weiter,
worauf diese den Kontaktarm 6 mittels zugehörigem Bolzen 9 dazu
veranlasst eine bogenförmige Schwenkbewegung
auszuführen.
Der durch die variable Halterung 22 gegebene erste Winkelbereich α bildet sich
an einem zweiten Winkelbereich β – bedingt
durch die Kinematik des Schaltschlosses 3 – am Berührpunkt
der Kontaktstücke 24, 25 ab.
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Durch die Krafteinwirkung der Zugfeder 16 dreht
sich der Auslösehebel 4 gleichermaßen mit
und erwirkt dabei eine zunehmende Überdeckung mit der Klinke 5.
Vorteilhafterweise treten bei diesem Bewegungsablauf keine Kippmomente
auf, da an der Baueinheit angreifende oder zwischen den Bauteilen
der Baueinheit auftretende Kräfte
in nur einer Ebene, insbesondere in der Ebene EK des beweglichen
Kontaktarms 6, wirksam sind. Ein weiteres Bauteil zur Kompensation
eines auftretenden Kippmoments ist daher nicht erforderlich. Zur
Krafteinleitung in einer Ebene ist am Auslösehebel 4 ein Bereich
in die Mittelebene des Kontaktarms 6 gebogen, in dem eine gestanzte
Kontur die Verklinkungsstelle bildet. Das Aufbaumaß AM, das
die Profildicke dieser zusammenhängenden
und kompakten Baueinheit wiedergibt, kann zwischen 2 und 20 mm,
insbesondere 5 mm, betragen.
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In 2 und 3 ist jeweils das Schaltgerät 1 mit
dem zugehörigen
Gehäuse 2 und
mit dem entsprechenden Schaltschloss 3 in einer Vorderansicht bzw.
in der Draufsicht gezeigt. Zur Vereinfachung ist in den Darstellungen
das Aufnahmeelement 11, die Halterung 22 sowie
der Festkontaktträger 26 nicht gezeigt.
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Die eingangs erwähnten Auslöseeinrichtungen elektromagnetischer
und thermischer Art bewirken in jeweils einem Ruslösefall eine
erste Kraft KE bzw. eine zweite Kraft KT, die am Auslösehebel 4 angreifen
und das Schaltschloss 3 und somit die Knebelwalze 14 in
die Aus-Stellung AS zurücksetzen.
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Wesentlicher Gedanke vorliegender
Idee ist es, mit einer günstigen
Kombination der einzelnen Bauteile des Schaltschlosses 3 und
des Schaltgeräts 1,
eine erhebliche Einsparung sowohl bei den Bauteilen als auch in
der gesamten Fertigung des Schaltschlosses 3 zu erzielen.
Das gesamte Schaltschloss 3 kann automatisiert hergestellt
und insbesondere zusammengesetzt werden. Dieser Sachverhalt betrifft
auch das Einlegen der Feder in das Schaltschloss 3, wodurch
eine wesentliche Vereinfachung gegeben ist. Die gesamte Konstruktion
zeichnet sich weiterhin durch eine quasi „freie Aufhängung" des Schaltschlosses 3 im
Gehäuse 2 aus,
da es einerseits an der Unlenkachse 7 lediglich anliegt
und andererseits in der Öffnung 12 beweglich
geführt
ist. Die von der Feder 15 erzeugten Kräfte wirken im wesentlichen
nur zwischen Elementen des Schaltschlosses 3.