DE102004059407A1

DE102004059407A1 - Schaltwelleneinheit für einen Schalter

Info

Publication number: DE102004059407A1
Application number: DE200410059407
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Bauer; Burkhard Hess; Wolfgang Meyer-Haack; Lars Pommerencke
Original assignee: GE Power Controls GmbH and Co KG
Current assignee: Abb SpA It
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: DE102004059407B4

Abstract

Gezeigt wird eine Schaltwelleneinheit für einen Schalter, die ein zylindrisches Element und einen Kontaktarm aufweist, der in dem zylindrischen Element drehbar gelagert ist. Diese Schaltwelleneinheit wird mit einer Abdeckung versehen, die den Mantel des zylindrischen Elementes teilweise umhüllt, die um das zylindrische Element drehbar ist und die eine Öffnung aufweist, die kleiner ist als eine Öffnung des Mantels. Der Kontaktarm ragt aus der Öffnung des zylindrischen Elementes und dringt durch die Öffnung der Abdeckung, so dass bei einer Drehung des Kontaktarmes relativ zum zylindrischen Element auch die Abdeckung gegenüber dem zylindrischen Element verdreht wird. Hierdurch wird eine maximale Abdeckungswirkung für die Öffnung des zylindrischen Elementes erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltwelleneinheit für einen Schalter.

Aus der Deutschen Patentanmeldung Nr. P 100 13 160 ist eine Schaltwelleneinheit bekannt, die in einem in 3 gezeigten Schalter 1 eingebaut ist. Dieser Schalter 1 hat einen Kontaktarm bzw. einen beweglichen Kontakt 2, der drehbar auf der Achse 3 einer Schaltwelle gelagert ist und mit dieser zusammen eine Schaltwelleneinheit 4 bildet. Die Schaltwelle ist selbst in einem nicht dargestellten Polbahngehäuse gelagert und hat zwei diametral gegenüberliegende Satellitenachsen 5 und 6, die bei einer Drehung der Schaltwelle um die Achse 3 mitgedreht werden. Die Achse 5 ist der Angriffspunkt für einen Gelenkmechanismus 7, der mit einem Klinkenhebel 8 verbunden ist. Der Klinkenhebel 8 ist auf einer am Schaltergehäuse 9 positionierten Achse 10 schwenkbar gelagert und wird bei einem Überstrom bzw. Kurzschluß von einem Schaltschloß 11 freigegeben, um den in 3 gezeigten getrennten Zustand des Kontaktes 2 zu ermöglichen. Der Schaltschloß 11 ist seinerseits durch einen um eine Drehachse 12 schwenkbaren Auslösehebel 13 betätigbar.

Die in den 4 und 5 gezeigte Schaltwelleneinheit 4 hat den beweglichen Kontakt 2, der auf der Achse 3 gelagert und S-förmig ausgebildet ist. Der Kontakt 2 ist in einem in der Schaltwelleneinheit mittig ausgebildeten Schlitz bzw. Öffnung 15 aufgenommen. Am Umfang der Schaltwelleneinheit 4 sind zwei diametral zueinander angeordnete Schlitze 17 ausgebildet, in denen sich zwei parallel zueinander erstreckende Stifte 19 aufgenommen sind. An ihren gegenüberliegenden Enden sind die Stifte 19 mit jeweils einer Feder 18 gegeneinander und somit gegen die Böden der Schlitze 17 beaufschlagt. Die Federn befinden sich auf der Außenseite der trommelartigen Schaltwelleneinheit 4 und sind daher nur in der Darstellung der 5 zu erkennen.

Im Bereich der Scheitel des S-förmigen Kontakts 2 ist jeweils eine den Kontakt 2 durchsetzende Gelenkachse 21 vorgesehen, auf der ein Paar seitlich am Kontaktelement angebrachte Gelenkelemente bzw. Laschen 23 mit ihrem ersten Ende drehbar gelagert sind. An ihrem zweiten Ende weisen die Laschen 23 Ausnehmungen 22 auf, in denen die Stifte 19 eingreifen. Dabei sind die Positionen der zueinander gespannten Stifte 19 und der Gelenkachsen 21 so gewählt, dass die Stifte 19 wegen einer Abstützung auf den Gelenkelementen 23 im geschlossenen Zustand des Kontaktelements 2 die Böden der Schlitze 17 nicht erreichen können und dadurch ein Drehmoment auf das Kontaktelement 2 ausüben. Dieses Drehmoment hält den beweglichen Kontakt 2 im geschlossenen Zustand.

Im Bereich der Scheitel des Kontakts 2 sind symmetrisch zueinander identisch verlaufende Steuerkonturen 25 ausgebildet, die in bestimmten im folgenden noch zu erläuternden Öffnungspositionen des Kontakts 2 mit den Stiften 19 in Anlage bringbar sind. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuerkontur 25 durch zwei aufeinanderfolgende Erhebungsstufen gebildet. Auf diesen Erhebungsstufen ist in 4 die entsprechende imaginäre Position des Stiftes 19 zur Verdeutlichung der im folgenden beschriebene Funktionsweise der Steuerkontur eingezeichnet.

Zur Aufnahme ihrer Funktion wird die Schaltwelleneinheit in das in 3 gezeigte Gehäuse eines Leistungsschalters montiert. In diesem Zustand ist die Schaltwelleneinheit 4 im wesentlichen unbeweglich, wobei im geschlossenen Zustand der Kontakte, wie in den 4 bis 6 gezeigt, der Kontakt 2 durch die zueinander gespannten Stifte 19 unter Zwischenschaltung der Gelenkelemente 23 gegen feste Kontakte 27 gedrückt wird. Unter den normalen Bedingungen des Ein- und Ausschaltens des Leistungsschalters wird der Kontakt 2 um einen solchen Winkel gedreht, der über den mit der Linie A in 1 gekennzeichneten Totpunkt nicht hinausgeht. Erst unter Kurzschlussbedingungen ist der Schwung des Kontaktelements 2 ausreichend, um das durch die oben genannten Feder 18 erzeugte entgegenwirkende Drehmoment zu überwinden und somit die Totpunktlinie A zu überschreiten. Nach dem Überschreiten der Totpunktlinie A ist eine Rückführung des Kontaktelements 2 in den geschlossenen Kontaktzustand nicht mehr möglich, weil das durch die Feder 18 verursachte Drehmoment nunmehr in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in Öffnungsrichtung wirkt. Demzufolge verbleibt das Kontaktelement in der in 7 gezeigten offenen Stellung.

Mit der in 4 und 5 gezeigten Steuerkontur 25 wird außerdem bewirkt, dass das Kontaktelement 2 bereits kurz vom Erreichen der Totpunktlinie A mit einer ersten Stufe 28 der Steuerkontur 25 in Anlage mit den Stiften 19 gelangt und dadurch die Funktion des Angriffspunkts für das von den Stiften 19 ausgeübte rückführende Drehmoment übernimmt. Der dadurch plötzlich entstehende längere Hebel am Kontakt 2 bewirkt bei gleichbleibender Federkraft ein stark ansteigendes rückführendes Drehmoment und somit eine verstärkte Abbremsung des bei einem stärkeren Überstrom in Richtung des Uhrzeigersinns in 4 beschleunigten Kontakt 2.

Die zweistufige Steuerkontur 25 bewirkt mit der zweiten Stufe 29, auf der die imaginäre Lage des Stiftes 19 in 4 mit dem Bezugszeichen C gekennzeichnet ist, dass der bewegliche Kontakt 2 bei einer zu großen Beschleunigung über den Totpunkt A hinaus dadurch abgebremst wird, dass die Stifte 19 beim Erreichen der zweiten Stufe 29 geringfügig auseinandergedrückt werden. Diese Belastung der Stifte 19 wirkt dem nach Überschreitung des Totpunkts ansteigenden und im Uhrzeigersinn wirkenden Drehmoment entgegen, so dass der Kontakt 2 abgebremst und sein mögliches Zurückprallen über den Totpunkt hinaus zurück in die Schließstellung der Kontakte vermieden wird.

Schalter der gezeigten Art haben einen Nennstrom von bis zu mehreren hundert Ampere. Im Kurzschlussfall treten enorme Kräfte und Beschleunigungen auf, die mit einer entsprechenden Materialbeanspruchung einhergehen.

Bei einer Öffnung der Kontakte im Kurzschlussfall, bei dem einige Kiloampere auftreten können, tritt ein starker Lichtbogen auf, der mit einem Materialabtrag im Inneren des Gerätes einhergeht. Herkömmliche Schalter haben nur eine begrenzte Lebensdauer und eine entsprechend reduzierte Funktionssicherheit. Diese Probleme werde durch eine häufige Beanspruchung des Schalters weiter verschärft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltwelleneinheit für einen Schalter vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird mit einer Schaltwelleneinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die vorgeschlagene Schaltwelleneinheit umfasst ein zylindrisches Element 14, dessen Mantel eine Öffnung 15 aufweist. In dem zylindrischen Element ist ein Kontaktarm 2 drehbar gelagert. Er ragt aus der Öffnung des zylindrischen Elementes.

Bei der vorgeschlagenen Schaltwelleneinheit ist eine Abdeckung 16 vorgesehen, die den Mantel des zylindrischen Elementes teilweise umhüllt und die um das zylindrische Element drehbar ist. Diese Abdeckung 16 weist eine Öffnung 20 auf, die kleiner als die Öffnung 15 des Mantels ist. Der aus der Öffnung 15 des zylindrischen Elementes ragende Kontaktarm 2 dringt durch die Öffnung der Abdeckung 16, so dass er bei einer Drehung relativ zum zylindrischen Element 14 die Abdeckung 16 gegenüber dem zylindrischen Element verdreht.

Durch eine solche Anordnung der Komponenten der Schaltwelleneinheit kann ein Eindringen von losen Bestandteilen in das Innere der Schaltwelleneinheit sicher vermieden werden. Ein durch ein solches Eindringen auftretendes Blockieren von Komponenten der Schaltwelleneinheit, die zu einem Funktionsausfall oder einer Funktionsbeeinträchtigung des Schalters führen, können somit sicher vermieden werden.

Vorteilhafterweise ist die Abdeckung 16 so groß, dass sie in jeder Drehstellung die Öffnung 15 des zylindrischen Elementes abdeckt.

Die Öffnung 20 in der Abdeckung 16 ist aber wiederum so klein, dass der Kontaktarm 2 mit genügend Spiel durch die Abdeckung 16 dringen kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Kontaktarm in seiner Bewegung nicht gehemmt ist und die Abdeckung 16 leicht gegenüber dem zylindrischen Element verschoben bzw. verdreht werden kann.

Auch wird die Abdeckungswirkung durch eine kleinere Öffnung 20 weiter verbessert.

Die Abdeckung lässt sich mittels einer gekrümmten Platte herstellen, die dem Verlauf des Mantels des zylindrischen Elements hülsenartig folgt. Der Radius der Innenseite der Abdeckung ist dabei geringfügig größer als der Radius der Mantelfläche des zylindrischen Elementes. Hierdurch wird eine Verdrehbarkeit der Abdeckung gegenüber dem zylindrischen Element erreicht. Darüber hinaus handelt es sich bei dieser Art der Ausführung der Abdeckung um die wohl platzsparendste Abdeckung, da kein zusätzlicher Platzbedarf erforderlich ist.

Die Abdeckung 16 besteht vorteilhafterweise aus formstabilem, nicht leitendem und hitzebeständigem Material, um ihre Abdeckfunktion sicher gewährleisten zu können.

Die Abdeckung 16 umschließt den Mantel jedoch nicht vollständig und weist darüber hinaus eine oder mehrere Ausnehmungen 24 auf. Die Ausnehmungen 24 dienen dazu, weitere mechanische Bestandteile der Schaltwelleneinheit, die ebenfalls aus der Oberfläche des Mantels ragen, in ihrer Funktion nicht zu behindern. Sie sind derart ausgeführt, dass sie in jeder beliebigen Position der Abdeckung diese weiteren Komponenten unbeeinflusst lassen.

Der Kontaktarm 2 ist um die Hauptachse des zylindrischen Elementes zwischen einer ersten und einer zweiten Position verdrehbar. Die Öffnungen in der Mantelfläche weisen eine Längserstreckung in Umfangsichtung der Mantelfläche auf, die eine Bewegung des Kontaktarmes 2 in Umfangsrichtung ermöglichen, und zwar zwischen der ersten und der zweiten Position.

Vorteilhafterweise weist das zylindrische Element zwei Öffnungen an gegenüber liegenden Seiten des Mantels des zylindrischen Elementes auf. Auch die Abdeckung weist dementsprechend zwei gleich große Öffnungen auf, so dass der Kontaktarm aus beiden Öffnungen des zylindrischen Elementes ragt und beide Öffnungen der Abdeckung durchdringt. Bei dieser Anordnung wird die Abdeckung gegenüber dem zylindrischen Element gleichzeitig durch beide Enden des Kontaktarmes verschoben.

Alle in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale können mit dem Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 einzeln oder in einer beliebigen Anzahl kombiniert werden. Alle denkbaren Kombinationen der Merkmale des gesamten Anspruchssatzes, mit Ausnahme der Ansprüche 6 und 7, sind somit Bestandteil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert.
Die 1 und 2 zeigen eine Schaltwelleneinheit, die mit einer Abdeckung ausgestattet ist im geschlossenen und im geöffneten Zustand.
Die 3 zeigt einen Schalter mit einer darin eingebauten Schaltwelleneinheit.
Die 4 zeigt eine isolierte Schnittdarstellung einer Schaltwelleneinheit.
Die 5 zeigt eine perspektivische Darstellung der in 4 gezeigten Schaltwelleneinheit.
Die 6 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung der in 4 gezeigten Schaltwelleneinheit im geschlossenen Zustand des Kontaktes.
Die 7 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung der in 4 gezeigten Schaltwelleneinheit im geöffneten Zustand des Kontaktes.
In den 1 und 2 bezeichnet 14 ein zylindrisches Element, 15 eine Öffnung der Mantelfläche des zylindrischen Elementes, 16 eine Abdeckung, 20 eine Öffnung in der Abdeckung und 24 eine Ausnehmung in der Abdeckung. Die übrigen Bestandteile bzw. die übrigen Bezugszeichen entsprechen den vorangehend beschriebenen Bestandteilen bzw. den vorangehend verwendeten Bezugszeichen.
Auch die in der vorhergehenden Beschreibung erläuterte Funktionsweise der Schaltwelleneinheit entspricht der Funktionsweise der Schaltwelleneinheit gemäss den 1 und 2.
Bei der in der 1 und 2 gezeigten Schaltwelleneinheit wurde das zylindrische Element 14 nicht gedreht. Die Auslösung erfolgte aufgrund eines Überstromes.
In der 1 ist der Kontaktarm 2 in einer ersten Position und in der 2 in einer zweiten Position gezeigt. In beiden Positionen ist die Öffnung 15 des zylindrischen Elementes 14 vollständig durch die Abdeckung 16 abgedeckt. Deshalb ist die Öffnung 15 in der Oberfläche des Mantels des zylindrischen Elementes jeweils gestrichelt gezeichnet.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, ist die Öffnung 20 in der Abdeckung 16 deutlich kleiner als die Öffnung 15 des zylindrischen Elementes 4. Die Größe der Öffnung 20 ist so gewählt, dass sie so klein wie möglich ist, ohne den durch sie hindurchragenden Kontaktarm 2 in seiner Bewegung einzuschränken.
Bei einer Bewegung des Kontaktarmes 2 von der ersten Position in die zweite Position oder von der zweiten Position in die erste Position nimmt der Kontaktarm 2 das Abdeckelement 16 mit, das heißt, er verdreht es relativ zu dem zylindrischen Element.
Damit die Abdeckung 16 gut gegenüber dem zylindrischen Element 14 verdrehbar ist, besteht sie aus formstabilem, nicht leitendem, hitzebeständigem Material und weist darüber hinaus möglichst glatte Seitenflächen auf.
In der Figur umschließt die Abdeckung 16 das zylindrische Element 14 nicht vollständig. Selbstverständlich ist aber auch ein vollständiges Umschließen des zylindrischen Elementes möglich. Dies führt zu einer höheren Stabilität der Abdeckung bei der zumeist sehr rasch erfolgenden Verschiebung.
Die in der Figur gezeigte Schaltwelleneinheit weist einen Kontaktarm 2 auf, der auf beiden Seiten aus einer entsprechenden Öffnung 15 des zylindrischen Elementes 14 ragt, wobei selbstverständlich auch in der Abdeckung dementsprechend zwei Öffnungen 20 vorgesehen sind, die gleich sind. Es gibt aber auch Schaltwelleneinheiten mit einem Kontaktarm, der nur aus einer Seite der Schaltwelleneinheit herausragt.

Claims

Schaltwelleneinheit für einen Schalter, mit (a) einem zylindrischen Element (14), dessen Mantel eine Öffnung (15) aufweist, (b) einer Abdeckung (16) die den Mantel des zylindrischen Elementes zumindest teilweise umhüllt, die um das zylindrische Element drehbar ist und die eine Öffnung (20) aufweist, die kleiner ist als die Öffnung des Mantels, und (c) einem Kontaktarm (2) der in dem zylindrischen Element drehbar gelagert ist, der aus der Öffnung des zylindrischen Elementes ragt, der durch die Öffnung in der Abdeckung dringt und der bei einer Drehung relativ zum zylindrischen Element die Abdeckung gegenüber dem zylindrischen Element verdreht.
Schaltwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung so groß ist, dass sie in jeder Drehstellung der Abdeckung die Öffnung des zylindrischen Elementes abdeckt.
Schaltwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in der Abdeckung so klein ist, dass der Kontaktarm mit geringem Spiel durch die Abdeckung dringen kann.
Schaltwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung eine gekrümmte Platte ist, die dem Verlauf des Mantels des zylindrischen Elementes hülsenartig folgt.
Schaltwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung aus formstabilem, nicht leitendem, hitzebeständigem Material besteht.
Schaltwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung den Mantel nicht vollständig umschließt und Ausnehmungen (24) aufweist.
Schaltwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung den Mantel vollständig umschließt und Ausnehmungen (24) aufweist.
Schaltwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm um die Hauptachse des zylindrischen Elementes zwischen einer ersten und einer zweiten Position verdrehbar ist.
Schaltwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in der Mantelfläche eine Längserstreckung in der Umfangsrichtung der Mantelfläche aufweist, die eine Bewegung des Kontaktarmes in Umfangsrichtung ermöglicht.
Schaltwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Element zwei Öffnungen an gegenüberliegenden Seiten des Mantels aufweist, dass die Abdeckung zwei gleich große Öffnungen aufweist und dass der Kontaktarm aus beiden Öffnungen des zylindrischen Elementes ragt und beide Öffnungen der Abdeckung durchdringt.