EP1405324B1 - Schaltgerät mit einem schaltschloss - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einem Schaltschloss gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schaltgerät mit einem Schaltschloss anzugeben, mit dem die oben beschriebenen Probleme gelöst sind.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• 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.
• 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.
• Vorteilhafterweise ist die Feder als Blatt- oder Runddrahtfeder ausgebildet, so dass eine spezifische Auswahlmöglichkeit, je nach Einsatzzweck und Schaltgerätetyp, gegeben ist.
• 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.
• Weitere Vorteile und Details der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

FIG 1

ein Schaltgerät mit einem Schaltschloss in der Aus- Stellung in einer Seitenansicht,

FIG 2

ein Schaltgerät gemäß FIG 1 in einer Vorderansicht, und

FIG 3

ein Schaltgerät gemäß FIG 1 in der Draufsicht.

• Im nachfolgenden Text sind gleiche Teile der Figuren mit gleichen Bezugszeichen oder sinngemäß mit ähnlichen Bezugszeichen versehen.
• In FIG 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.
• 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. 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Durch die Krafteinwirkung der Zugfeder 20 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.
• In FIG 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.
• Die eingangs erwähnten Auslöseeinrichtungen elektromagnetischer und thermischer Art bewirken in jeweils einem Auslösefall 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.
• 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 Umlenkachse 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.

Claims (3)

1. Schaltgerät (1) mit einem Gehäuse (2) und mit einem Schaltschloss (3),

   - welches eine dreiteilige Baueinheit mit einem Auslösehebel (4), einer Klinke (5) und einem beweglichen Kontaktarm (6) aufweist,

   - wobei die Baueinheit im wesentlichen von einem metallischen Material gebildet ist, und

   - wobei der bewegliche Kontaktarm (6) endseitig mit der Klinke (5) mittels eines Verbindungselements ein Gelenk bildet,

   - wobei der bewegliche Kontaktarm (6) und der Auslösehebel (4) an einer gehäusefesten Umlenkachse (7) drehbeweglich gelagert sind, und

   - wobei an der Baueinheit angreifende und zwischen den Bauteilen der Baueinheit auftretende Kräfte im wesentlichen in einer Ebene verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Rückverklinkung des Schaltschlosses (3) unterstützende Feder (15) an einem ersten Ende (16) das Gelenk umfasst, an der Umlenkachse (7) anliegt und an einem zweiten Ende (17) am Auslösehebel (4) einwirkt.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, wobei
   die Feder (15) als Blatt- oder Runddrahtfeder ausgebildet ist.
3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei
   die an der Baueinheit angreifenden und zwischen den Bauteilen der Baueinheit auftretenden Kräfte in der Ebene (EK) des beweglichen Kontaktarms verlaufen.

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