DE102007011451A1

DE102007011451A1 - Kontakthebelbewegungseinrichtung und elektrischer Schalter sowie Verfahren zur Herstellung der Kontakthebelewegungseinrichtung

Info

Publication number: DE102007011451A1
Application number: DE102007011451A
Authority: DE
Inventors: Marc Dipl.-Ing. Liebetruth
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-09-11
Also published as: WO2008107431A3; WO2008107431A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontakthebelbewegungseinrichtung zur Bewegung mindestens eines Kontakthebels eines Leistungsschalters für die Kontaktschließung und zur Realisation der Kontaktöffnung bei Überschreitung einer bestimmten kontaktabhebenden Kraft, mit mindestens einem ein Kontaktelement aufweisenden drehbeweglichen Kontakthebel und mindestens einer in Abhängigkeit von auf den Kontakthebel wirkenden kontaktabhebenden Kräften die Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels bewirkenden Rasteinrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Kontakthebelbewegungseinrichtung. Es ist vorgesehen, dass die Rasteinrichtung und der Kontakthebel (10) derart angeordnet und ausgestaltet sind, dass die von der Rasteinrichtung auf den Kontakthebel (10) zum Zweck der Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels (10) ausgeübte Kraft unmittelbar von Rastelementen der Rasteinrichtung, die ringförmig um die Drehachse (12) des Kontakthebels (10) angeordnet sind, auf den Kontakthebel (10) übertragbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontakthebelbewegungseinrichtung zur Bewegung mindestens eines Kontakthebels eines Leistungsschalters für die Kontaktschließung und zur Realisation der Kontaktöffnung bei Überschreitung einer bestimmten kontaktabhebenden Kraft.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen die erfindungsgemäße Kontakthebelbewegungseinrichtung aufweisenden elektrischen Schalter sowie jeweils ein Verfahren zur Herstellung der Kontakthebelbewegungseinrichtung und des elektrischen Schalters.
Es besteht im Bereich der Leistungsschalter und insbesondere bei den Kompaktleistungsschaltern die Forderung nach strombegrenzenden Einrichtungen im Schalter, die bewirken, dass bei zu hohen durch die Kontakte fließenden Strömen wie zum Beispiel im Falle eines Kurzschlusses die Kontakte geöffnet werden. Dabei muss die Kontaktöffnung unmittelbar mit dem Stromanstieg erfolgen, da bei verspäteter Öffnung der Kontakte die Gefahr des Abbrennens der Schaltkontakte aufgrund von Lichtbogenbildung besteht. Die diese schnelle Reaktion aufweisenden Leistungsschalter sollen dabei günstig zu fertigen sein und geringe Außenabmaße aufweisen.
Das Dokument WO 2005/031779 A1 offenbart einen Antriebsstrang für einen bewegbaren Kontakt eines elektrischen Schalters, bei dem ein Schaltmoment in eine Schaltwelle eingeleitet wird, die wiederum dieses Schaltmoment über Hebel auf einen Kontakthebel überträgt, wodurch dieser Kontakthebel bewegt wird und ein an ihm befestigtes Kontaktelement auf ein Gegen-Kontaktelement des Schalters drückt und somit den Stromfluss realisiert. Bei einer Überlast im Schalter bewegt sich der Kontakthebel derart, dass er die Schaltkontakte öffnet, wobei über die Hebel ein Rastmechanismus auf der Schaltwelle bewegt wird, der zur Rastung des Kontakthebels in einer bestimmten Öffnungs-Winkelposition führt.
Das Dokument DE 100 54 383 A1 zeigt einen strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschalter, der ein aus zwei Hebeln bestehendes Hebelgetriebe zwischen einer Schaltwelle und dem drehbeweglichen Kontakthebel aufweist, wobei sich am Gelenk zwischen den beiden Hebeln eine Rasteinrichtung befindet, die zur Einrastung des in einer bestimmten Kontaktöffnungs-Position stehenden Kontakthebels dient.
Das Dokument EP 03 984 61 A2 zeigt einen Leistungsschalter mit Antriebsvorrichtung und Verklinkungseinrichtung für einen beweglichen Schaltkontakt. Dieser Leistungsschalter weist ein aus zwei Hebeln bestehendes Hebelgetriebe zwischen der Schaltwelle und dem drehbeweglichen Kontakthebel auf, wobei einer der Hebel in seiner Länge variabel ist und eine Rasteinrichtung für eine Längeneinstellung aufweist, so dass mittels des längeneinstellbaren Hebels der an diesen Hebel gekoppelte Kontakthebel in einer bestimmten Winkelposition einrastbar ist.
Bei den genannten Ausführungsformen ist nachteilig, dass eine Vielzahl von Bauteilen auf unterschiedlichen Achsen angeordnet ist. Diese Ausgestaltung der Leistungsschalter erschwert die Montage der Einzelteile im Schaltergehäuse und wirkt sich ebenfalls nachteilig auf die Öffnungsgeschwindigkeit des Kontakthebels in einer Überlastsituation aufgrund relativ großer Trägheitskräfte beziehungsweise Trägheitsmomente der Gesamtheit der zu bewegenden Teile aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach zu fertigende Kontakthebelbewegungseinrichtung und einen elektrischen Schalter sowie das Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen, mit der bei Schalter-Überlast eine schnelle Kontakt-Öffnungsbewegung realisierbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1, 22, 25 und 26 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Es wird eine Kontakthebelbewegungseinrichtung zur Bewegung mindestens eines Kontakthebels eines Leistungsschalters für die Kontaktschließung und zur Realisation der Kontaktöffnung bei Überschreitung einer bestimmten kontaktabhebenden Kraft zur Verfügung gestellt. Diese Kontakthebelbewegungseinrichtung umfasst mindestens einen ein Kontaktelement aufweisenden drehbeweglichen Kontakthebel und mindestens eine in Abhängigkeit von auf den Kontakthebel wirkenden kontaktabhebenden Kräften die Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels bewirkende Rasteinrichtung. Die Rasteinrichtung und der Kontakthebel sind dabei derart angeordnet und ausgestaltet, dass die von der Rasteinrichtung auf den Kontakthebel zum Zweck der Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels ausgeübte Kraft unmittelbar von Rastelementen der Rasteinrichtung, die ringförmig um die Drehachse des Kontakthebels angeordnet sind, auf den Kontakthebel übertragbar ist. Das heißt, es gibt keine weiteren Übertragungsglieder zur Kraftübertragung beziehungsweise Momentenübertragung zwischen dem Kontakthebel und der Rasteinrichtung. Die von der Rasteinrichtung auf den Kontakthebel übertragene Rastkraft wird durch die direkte Anlage der Rasteinrichtung beziehungsweise durch deren direkten Eingriff am Kontakthebel auf diesen übertragen. Der Kontakthebel kann dabei derart ausgestaltet sein, dass er zwei Hebelarme aufweist, die mit jeweils einem Kontaktelement zur Schließung von Schalterkontakten ausgestaltet sind.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die in einer Überlast-Situation innerhalb kürzester Zeit zur Kontakt-Öffnung zu bewegenden Teile des Leistungsschalters eine geringe Anzahl haben und ein geringes Gewicht aufweisen können. Damit wirken beim Schalter-Öffnungsprozess nur sehr geringe Trägheitskräfte beziehungsweise Trägheitsmomente entgegen der Öffnungsbewegung. Dadurch kann die Kontakt-Öffnung sehr schnell erfolgen und ein Abbrand der Kontakte aufgrund von Lichtbogenbildung wird verhindert. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Einrichtung den Vorteil einer einfachen Bauweise auf, die in einem geringen Volumen realisiert werden kann.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Rasteinrichtung konzentrisch zur Drehachse des Kontakthebels angeordnet ist. Das bedeutet, dass sich die Rasteinrichtung im Wesentlichen neben dem Kontakthebel auf dessen Drehachse befindet. Mit dieser Ausführungsform wird eine kompakt gestaltete Kontakthebelbewegungseinrichtung realisiert. Ebenfalls ist es dadurch möglich, die Rasteinrichtung auf der Drehachse des Kontakthebels an diesem zu befestigen und somit eine vorfertigbare Einheit zur Verfügung zu stellen, die als sich in geschlossene Baugruppe in einfacher Weise in das Schaltergehäuse montierbar ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kontakthebelbewegungseinrichtung eine das zur Schließung der Schaltkontakte auf den Kontakthebel wirkende Moment übertragende Schaltwelle umfasst, wobei die Drehachse des drehbeweglichen Kontakthebels die Drehachse der Schaltwelle ist. Das heißt, dass der Kontakthebel drehbeweglich auf einer drehbaren Schaltwelle angeordnet ist. Dabei ist der Kontakthebel relativ zur Schaltwelle drehbar. In Längserstreckungsrichtung der Schaltwelle ist der Kontakthebel auf der Schaltwelle fixiert. Damit wird ebenfalls eine leichtere Montage der Kontakthebelbewegungseinrichtung im Leistungsschalter ermöglicht, da die Rasteinrichtung und der Kontakthebel vor dem Einbau in das Schaltergehäuse auf der Schaltwelle vormontiert werden können, und die aus den drei Bauteilen bestehende Baugruppe als Einheit anschließend in das Schaltergehäuse montierbar ist. Außerdem lässt sie sich variabel vormontieren, das heißt, dass nach einem Baukastensystem eine bestimmte Anzahl gleicher Teile entsprechend der Anzahl von Kontakten und Wellenlängen auf jeweils einer Schaltwelle vormontiert werden können.
Es wird somit eine Kontakthebelbewegungseinrichtung zur Bewegung mindestens eines Kontakthebels eines Leistungsschalters für die Kontaktschließung und zur Realisation der Kontaktöffnung bei Überschreitung einer bestimmten kontaktabhebenden Kraft zur Verfügung gestellt, die mindestens einen ein Kontaktelement aufweisenden drehbeweglichen Kontakthebel und mindestens eine in Abhängigkeit von auf den Kontakthebel wirkenden kontaktabhebenden Kräften die Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels bewirkende Rasteinrichtung umfasst. Die Rasteinrichtung und der Kontakthebel sind dabei auf einer gemeinsamen Schaltwelle angeordnet und derart ausgestaltet, dass die von der Rasteinrichtung auf den Kontakthebel zum Zweck der Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels ausgeübte Kraft unmittelbar von der Rasteinrichtung auf den Kontakthebel übertragbar ist.
In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schaltwelle, die Rasteinrichtung und der Kontakthebel derart eingerichtet sind, dass die Momentübertragung von der Schaltwelle über die Rasteinrichtung auf den Kontakthebel erfolgt. Die von einem Schaltschloss aufgebrachte Kraft zur Initiierung der Kontaktschließung im Schalter wird in die Schaltwelle eingeleitet und von dieser, in ein Drehmoment umgewandelt, über die Rasteinrichtung auf den Kontakthebel übertragen, so dass dieser die Schließung der Schalterkontakte bewirken kann. Ein derart ausgestalteter Leistungsschalter weist demnach nur eine einzige Welle auf, die gleichzeitig die Funktion der Schaltwelle als auch die Funktion der Lagerwelle für den Kontakthebel übernimmt. Es ist somit keine extra Schaltwelle außerhalb der Kontakthebellagerung erforderlich.
Die Rasteinrichtung umfasst vorteilhafterweise mindestens einen Rastkonturring, der auf der Drehachse des Kontakthebels verschiebbar und rotationsfest angeordnet ist und mit einer in Richtung Kontakthebel ständig wirkenden Kraft beaufschlagt ist, so dass der Rastkonturring ständig am Kontakthebel anliegt. Die ständig auf den Rastkonturring wirkende Kraft kann in einfacher Weise durch eine Druckfeder realisiert werden. Bei einer Ausführungsform mit Schaltwelle befindet sich der Rastkonturring somit ebenfalls auf der Schaltwelle gelagert neben dem Kontakthebel, wobei der Rastkonturring durch die auf ihn ständig wirkende Kraft an den Kontakthebel drückt beziehungsweise in diesem eingreift.
In bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rastkonturring mindestens ein Formelement aufweist, welches mit mindestens einem komplementär ausgestalteten Formelement am Kontakthebel derart zusammenwirkt, dass eine formschlüssige Momentübertragung vom Rastkonturring auf den Kontakthebel realisierbar ist. Die komplementär ausgestalteten Formelemente am Rastkonturring und am Kontakthebel greifen zum Zweck der Momentenübertragung ineinander. Ein Herauslösen der Formelemente auseinander ist nur entgegen der ständig auf den Rastkonturring in Richtung Kontakthebel wirkenden Kraft möglich.
In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Rastkonturring, die ständig auf den Rastkonturring wirkende Kraft und der Kontakthebel derart ausgestaltet sind, dass eine kraftschlüssige Momentübertragung vom Rastkonturring auf den Kontakthebel realisierbar ist. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform das Drehmoment mittels Reibung vom Rastkonturring auf den Kontakthebel übertragen wird. Es kann auch eine Mischform zwischen den beiden genannten Alternativen ausgeführt sein, die derart ausgestaltet ist, dass ausgeprägte Formelemente am Rastkonturring und am Kontakthebel aufgrund einer sehr großen auf den Rastkonturring wirkenden Kraft bis zu einem gewissen Grenzwert des zu übertragenden Drehmomentes reibschlüssig aneinander anliegen und sich erst bei Überschreitung des Drehmoment-Grenzwertes voneinander lösen.
Es kann des Weiteren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Schaltwelle als Profilwelle ausgebildet ist, und dass der Rastkonturring an seinem Innenumfang mindestens ein Profilelement aufweist, das mit einem komplementär ausgestalteten Formelement der profilierten Schaltwelle zusammenwirkt. Damit ist gewährleistet, dass der Rastkonturring relativ zur Schaltwelle verdrehgesichert ist und formschlüssig bei Drehbewegung der Schaltwelle von dieser mitgenommen wird. Durch die Profilierung der Schaltwelle in deren Längsrichtung ist außerdem gewährleistet, dass trotz Verdrehsicherung des Rastkonturringes dieser in Längsrichtung der Schaltwelle verschiebbar ist.
Es wird somit eine Kontakthebelbewegungseinrichtung zur Bewegung mindestens eines Kontakthebels eines Leistungsschalters für die Kontaktschließung und zur Realisation der Kontaktöffnung bei Überschreitung einer bestimmten kontaktabhebenden Kraft zur Verfügung gestellt, die mindestens einen ein Kontaktelement aufweisenden drehbeweglichen Kontakthebel und mindestens eine in Abhängigkeit von auf den Kontakthebel wirkenden kontaktabhebenden Kräften die Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels bewirkende Rasteinrichtung umfasst. Die mindestens einen Rastkonturring umfassende Rasteinrichtung und der Kontakthebel sind dabei auf einer gemeinsamen, längsprofilierten Schaltwelle angeordnet und derart ausgestaltet, dass die vom Rastkonturring auf den Kontakthebel zum Zweck der Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels ausgeübte Kraft unmittelbar vom Rastkonturring auf den Kontakthebel übertragbar ist, wobei der Rastkonturring relativ zur Schaltwelle verdrehgesichert ist und aufgrund einer Innenprofilierung formschlüssig bei Drehbewegung der Schaltwelle von dieser mitnehmbar ist.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Kontakthebelbewegungseinrichtung mindestens eine zur Lagerung der Schaltwelle in einem Gehäuse dienende Lagerschale umfasst, an der sich eine Feder zur Aufbringung der ständig auf den Rastkonturring wirkenden Kraft abstützt. Das heißt, dass zur Verringerung der Anzahl der Schalterteile vorgesehen ist, dass eine Lagerung der Schaltwelle gleichzeitig als Gegendruckelement für die Feder verwendet wird. Durch die Dimensionierung des Abstandes zwischen dem Lager, auf dem sich die Feder abstützt, und dem Rastkonturring lässt sich die Federkraft einstellen. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, dass sich die Feder an einer Lagerung der Schaltwelle abstützt, sondern es kann stattdessen oder außerdem ein extra Abstützelement für die Feder auf der Schaltwelle oder in deren unmittelbarer Umgebung angeordnet sein.
Zur Realisierung der Einleitung des Drehmomentes in die Schaltwelle kann des Weiteren vorgesehen sein, dass auf der Schaltwelle mindestens ein Koppelglied fest angeordnet ist. Dieses Koppelglied kann zum Beispiel ein Hebel sein, auf den eine von einem Schaltschloss aufgebrachte Schaltkraft zur Schließung beziehungsweise Öffnung der Kontakte eingeleitet wird.
In günstiger Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen dem Koppelglied und einem Rastkonturring eine Feder angeordnet ist, die sich am Koppelglied abstützt und deren Federkraft ständig auf den Rastkonturring wirkt, so dass der Rastkonturring ständig an den Kontakthebel gedrückt wird. Es kann somit zweckmäßigerweise ein zweiter Rastkonturring an den Kontakthebel angedrückt werden, wobei die ständig auf diesen Rastkonturring wirkende Kraft durch eine Feder erzeugt wird, die sich nicht an einer Lagerung der Schaltwelle abstützt, sondern an einem Koppelglied zur Einleitung des Drehmomentes in die Schaltwelle.
Das Formelement am Rastkonturring ist vorteilhafterweise ein rampenartiges Ringsegment, welches im eingerasteten Zustand in eine komplementär ausgestaltete Ausnehmung im Kontakthebel eingreift, wobei der positive Anstieg der Rampe im Drehsinn des Kontakthebels in seiner Drehbewegung zur Kontaktöffnung verläuft. Das rampenartige Ringsegment hat die Form einer geneigten Ebene, die in einem Abschnitt einer Spirale verläuft, wie zum Beispiel ein Abschnitt aus einem Gewindegang. Durch diese geometrische Ausgestaltung und durch Federkraftbeaufschlagung wirkt eine Rückstellkraft auf den Kontakthebel, die nach anfänglicher Ausrastung des Kontakthebels wieder die Kontaktschließung, also die Bewegung des Kontakthebels in Richtung Gegen-Kontaktelement des Schalters bewirkt. Der Anstieg der Rampe am Rastkonturring verläuft dabei im Wesentlichen in der Drehrichtung, die der Drehrichtung des Kontakthebels bei seiner Drehbewegung zur Öffnung der Schaltkontakte entspricht. Das heißt, dass die Dicke des Rastkonturringes von einem bestimmten Punkt an der Anlagefläche des Rastkonturringes am Kontakthebel, der auch unterer Totpunkt genannt wird, in Richtung der Drehbewegung des Kontakthebels bei Kontakt-Öffnung in einem bestimmten Winkelbereich immer weiter zunimmt, so dass sich eine Form einer gebogenen Rampe an der Anlagefläche des Rastkonturringes herausstellt. Dabei ist die Anordnung des rampenartigen Ringsegments am Rastkonturring und die Anordnung der Ausnehmung, in die das rampenartige Ringsegment am Kontakthebel eingreift, nicht auf diese Bauteile festgelegt, sondern es kann alternativ vorgesehen sein, dass das rampenartige Ringsegment am Kontakthebel angeordnet ist und die entsprechend komplementär ausgestaltete Ausnehmung am Rastkonturring angeordnet ist.
Die ständig auf den Rastkonturring wirkende Kraft, die zum Beispiel durch eine Druckfeder aufgebracht wird, drückt im eingerasteten Zustand das rampenartige Ringsegment in die entsprechende Ausnehmung. In einer Überlastsituation, zum Beispiel bei einem Kurzschluss, wirken kontaktabhebende Kräfte im Schaltkontakt und auf den Kontakthebel, die eine Dreh bewegung des Kontakthebels um seine Drehachse bewirken. Bei entsprechend großen kontaktabhebenden Kräften ist das auf den Kontakthebel wirkende Drehmoment derart groß, dass der Kontakthebel relativ zum Rastkonturring verdreht wird, wobei sich die komplementär ausgestaltete Ausnehmung relativ zum rampenartigen Ringsegment verdreht, wobei durch den Anstieg des rampenartigen Ringsegmentes eine Abstandsvergrößerung des Rastkonturringes relativ zum Kontakthebel erfolgt. Durch diese Abstandsvergrößerung zwischen Rastkonturring und Kontakthebel wird der Abstand zwischen dem Element, an dem sich die Feder abstützt, wie zum Beispiel der Lagerschale oder auch dem Koppelglied oder einem extra vorgesehenen Abstützelement, verringert, so dass sich die durch die Feder aufgebrachte Kraft auf den Rastkonturring vergrößert. Das heißt, je weiter sich der Kontakthebel relativ zum Rastkonturring verdreht, umso weiter entfernt sich der Rastkonturring vom Kontakthebel und umso größer ist die vom Rastkonturring auf den Kontakthebel drückende Kraft.
In dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich an das rampenartige Ringsegment in Drehrichtung des Kontakthebels bei Kontaktöffnung ein Absatz anschließt, der eine Fixierung des Kontakthebels in einer bestimmten Winkelposition bewirkt. Das heißt, dass nach Drehbewegung des Kontakthebels bis in eine Winkelposition, in der sich die rampenartigen Ringsegmente von Rastkonturring und Kontakthebel nicht mehr überdecken, der Kontakthebel in dieser Position fixiert wird und somit ein Weiterdrehen des Kontakthebels oder auch ein Zurückdrehen des Kontakthebels in Kontaktschließungsposition aufgrund von Reibung verhindert wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass unabhängig von der Größe der kontaktabhebenden Kräfte und damit unabhängig von der zum Beispiel im Kurzschlussfall auf den Kontakthebel wirkenden Größe des Impulses der Kontakthebel in einer definierten Winkelposition nach Öffnung festgehalten wird.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Absatz ein massiver Bereich ist, der sich direkt an das rampenartige Ringsegment anschließt und keine Steigung aufweist. Das heißt, dass dieser sich an das rampenartige Ringsegment anschließende Absatzbereich im Wesentlichen einem Hohlzylindersegment entspricht. Die Fixierung des Kontakthebels nach dessen Abhebung vom Gegen-Schaltkontakt erfolgt hierbei durch Reibungskräfte zwischen der Stirnseite des Hohlzylindersegmentes des Rastkonturringes und dem Kontakthebel.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Absatz auch ein negatives Formelement sein, welches sich direkt an das rampenartige Ringsegment anschließt. Dieser als negatives Formelement ausgeprägter Absatz ist somit eine Ausnehmung im Rastkonturring, in der ein positiv ausgeprägtes Formelement des Kontakthebels nach dem Übergleiten des rampenartigen Ringsegmentes einrasten kann, wodurch der Kontakthebel in dieser Winkelposition fixiert ist.
In dieser Ausgestaltung vergrößert sich somit bei Relativverdrehung des Kontakthebels zum Rastkonturring der Abstand zwischen diesen beiden Bauteilen in der Drehbewegung, während der die rampenartigen Ringsegmente an beiden Bauteilen aneinander gleiten. Wenn beide rampenartigen Ringsegmente derart weit übereinander hinweggeglitten sind, dass sie sich nicht mehr berühren, gelangt ein positiv ausgestaltetes Formelement am Kontakthebel in den als negatives ausgestaltetes Formelement am Rastkonturring vorgesehenen Absatzbereich, wodurch sich aufgrund der ständig auf den Rastkonturring in Richtung Kotakthebel wirkenden Federkraft der Abstand zwischen Rastkonturring und Kontaktring wieder verringert. Das heißt, dass im Gegensatz zu der Ausgestaltung, in der sich ein massiver Absatz an das rampenartige Ringsegment anschließt, in der Ausführungsform mit Absatz als negativem Formelement die Andruckkraft des Rastkonturringes auf den Kontakthebel in der eingerasteten Position bei geöffnetem Kontakthebel geringer ist als die Kraft, die während des Aufeinanderabgleitens der rampenartigen Ringsegmente zwischen Rastkonturring und Kontakthebel wirkt.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich an das erste, bereits erwähnte, rampenartige Ringsegment ein zweites rampenartiges Ringsegment mit einem negativen Anstieg anschließt, das heißt, dass die Steigung des zweiten rampenartigen Ringsegments ein negatives Vorzeichen aufweist und die Steigung des ersten rampenartigen Ringsegments ein positives Vorzeichen aufweist und beide in einem Winkel aneinander grenzen. Damit bilden die beiden rampenartigen Ringsegmente einen oberen Totpunkt aus, der sich an der Kante zwischen den beiden rampenartigen Ringsegmenten befindet. Im Kontakthebel befinden sich komplementär ausgestaltete negative Formelemente in Form der beiden rampenartigen Ringsegmente. Durch die Ausgestaltung des Rastkonturringes und des Kontakthebels mit den beiden rampenartigen Ringsegmenten wird erreicht, dass bei einer Drehbewegung des Kontakthebels relativ zum Rastkonturring bis in eine Position, in der sich der Anlagepunkt des Kontakthebels am oberen Totpunkt des Rastkonturringes befindet und demzufolge der Rastkonturring insgesamt den größtmöglichen Abstand zum Kontakthebel aufweist, in dem die Federkraft am größten ist, bei einer weiteren Verdrehung des Kontakthebels relativ zum Rastkonturring aufgrund der auf den Rastkonturring wirkenden Federkraft die Drehbewegung des Kontakthebels relativ zum Rastkonturring unabhängig von der kontaktabhebenden Kraft erfolgt, da die jetzt aufeinander abgleitenden Rampen der rampenartigen Ringsegmente ein Drehmoment auf den Kontakthebel in Richtung der Kontaktöffnungsbewegung bewirken. Damit wird ermöglicht, dass zum Beispiel nach Abhebung des Kontakthebels vom Gegen-Kontakt und Drehung des Kontakthebels über den oberen Totpunkt hinaus durch die Federkraft realisiert wird, dass der Kontakthebel einen weiteren Drehweg zurücklegt. Insbesondere zur Vermeidung von Kontaktabbrand aufgrund von Lichtbogenbildung ist diese Ausgestaltung zweckmäßig.
In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich an das rampenartige Ringsegment in Drehrichtung des Kontakthebels bei Kontaktöffnung ein zweites rampenartiges Ringsegment mit einem ebenfalls positiven Anstieg, aber einem geringeren Anstiegswert anschließt. Das heißt, dass sich anstelle des oben beschriebenen Absatzes zur Kontakthebelfixierung an dieser Stelle eine weitere ringsegmentförmige Schräge befinden kann. In dieser konstruktiven Ausgestaltung ergibt sich somit bei beginnender Drehbewegung des Kontakthebels zunächst eine schnelle Vergrößerung des Gesamt-Abstandes zwischen dem Rastkonturring und dem Kontakthebel und demzufolge aufgrund des großen Anstiegs des ersten rampenartigen Ringsegments eine relativ hohe Rückstellkraft auf den Kontakthebel. Nach dem vollständigen Herübergleiten des ersten rampenartigen Ringsegments über die komplementäre Ausgestaltung am Kontakthebel kommt diese in Kontakt mit dem zweiten rampenartigen Ringsegment, welches eine geringere Steigung als das erste aufweist. Bedingt durch die geringere Steigung wirkt in dieser Winkelposition des Kontakthebels auf diesen nur ein verringertes Rückstellmoment. Die genaue Dimensionierung der Rückstellmomente beim jeweiligen Eingriff des ersten oder des zweiten rampenartigen Ringsegmentes lässt sich über den Steigungswinkel der Ringsegmente sowie über die Federrate der verwendeten Feder vornehmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Kontakthebelbewegungseinrichtung ein Blockierelement umfasst, an dem der Kontakthebel nach Drehbewegung zur Öffnung der Kontakte anschlägt. Dieses Blockierelement ist vorteilhafterweise außerhalb des Rastkonturringes beziehungsweise der Schaltwelle im Gehäuse des Schalters angeordnet. Mittels dieses Blockierelementes wird bewirkt, dass der Kontakthebel nach Öffnungsbewegung in einer bestimmten Winkelposition festgehalten wird, wobei die Schaltwelle mit den Rastkonturringen durch das Schaltschloss ebenfalls in die Winkelposition des Kontakthebels gedreht werden kann, so dass Elemente der Rasteinrichtung wieder in den Kontakthebel ein greifen können und somit die Einsatzbereitschaft des Kontakthebels beziehungsweise der Kontakthebelbewegungseinrichtung wieder hergestellt ist.
Die Schaltwelle kann als Duroplastformteil ausgeführt sein, wobei in diesem Fall die Lagerschale und/oder das Koppelglied zumindest teilweise einteilig mit der Schaltwelle ausgebildet sein kann. Die Schaltwelle kann alternativ auch eine Stahlwelle sein, die eine isolierende Trennung zum Kontakthebel aufweist. Die Schaltwelle kann allerdings auch ein Duroplast-Extrusionsprofil sein und die Lagerschale, das Koppelglied und der Rastkonturring können als Duroplastformteile oder Sinterteile ausgeführt sein. Der Kontakthebel kann als Warmpressteil ausgeführt sein.
In einer anderen konstruktiven Ausführungsform der Kontakthebelbewegungseinrichtung kann diese ebenfalls eine zur Schließung der Schaltkontakte auf den Kontakthebel wirkende momentübertragende Schaltwelle umfassen, wobei aber die Drehachse des sich drehbewegenden Kontakthebels parallel und ein Abstand zur Drehachse der Schaltwelle aufweisend angeordnet ist. Das heißt, dass die Drehachse des Kontakthebels und die Schaltwelle räumlich voneinander getrennt sind. Die Kraftbeziehungsweise Momentenübertragung von der Schaltwelle auf den Kontakthebel kann dabei über Zahnräder oder -segmente, eine Lasche, Koppel oder ein ähnliches Getriebe erfolgen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil der Herstellung mit herkömmlichen Bauteilen und der leichteren Wartung.
Es wird des Weiteren ein elektrischer Schalter mit einem Gehäuse und einer im Gehäuse gelagerten Kontakthebelbewegungseinrichtung mit den genannten Merkmalen zur Verfügung gestellt.
Dieser Schalter hat den Vorteil, dass er variabel für ein- oder mehrpolige Schalter aus den gleichen Einzelteilen aufbaubar ist.
Vorteilhafterweise weist der elektrische Schalter einen Verklinkungsmechanismus auf, der die Schaltwelle in Drehrichtung des die Kontakte öffnenden Kontakthebels bei oder nach Ausrastung der Rasteinrichtung aus dem Kontakthebel dreht. Mittels dieses Verklinkungsmechanismus ist es daher möglich, die Schaltwelle, wie oben in Bezug auf das extern angeordnete Blockierelement zur Drehbewegungsblockade beschrieben, dem sich öffnenden Kontakthebel hinterherzudrehen, so dass eine Einrastung der Rasteinrichtung im Kontakthebel erneut vorgenommen werden kann und somit die Betriebsbereitschaft des Schalters zum Schließen des Schaltkontaktes wiederhergestellt ist.
Vorteilhafterweise ist dabei der Schalter derart eingerichtet, dass er im Zustand der geschlossenen Schaltkontakte die Schaltwelle und damit den Rastkonturring in einer Winkelposition fixiert, in der die Anfangsbereiche der rampenartigen Ringsegmente einen Abstand zueinander aufweisen, so dass die auf den Rastkonturring wirkende Federkraft ein Moment auf den Kontakthebel in Richtung der Schließung der Kontakte bewirkt. Das heißt, dass bei geschlossenen Schaltkontakten die jeweiligen Totpunkte der rampenartigen Ringsegmente im Rastkonturring und im Kontakthebel nicht aneinander anliegen, sondern zumindest etwas relativ zueinander verdreht sind. Damit wird erreicht, dass aufgrund der wirkenden Federkraft und der aneinander anliegenden Schrägen der rampenartigen Ringsegmente ein Drehmoment auf den Kontakthebel in Richtung der Schließung der Schaltkontakte erzeugt wird. Somit wird eine ständige Anlage des am Kontakthebel angebrachten Kontaktelements am Gegen-Kontaktelement des Schalters gewährleistet.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontakthebelbewegungseinrichtung zur Verfügung gestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:
Aufstecken eines Kontakthebels auf eine Schaltwelle und Fixierung des Kontakthebels an einer bestimmten Position, wobei der Kontakthebel auf der Schaltwelle drehbeweglich und in Längsrichtung der Schaltwelle fixiert ist,
Aufstecken einer Rasteinrichtung auf die Schaltwelle, so dass die Rasteinrichtung im Kontakthebel an diesem anliegend einrastet,
Aufstecken einer Druckfeder auf die Schaltwelle, so dass sie an der Rasteinrichtung anliegt,
Aufstecken eines Anschlagelementes und Fixierung des Anschlagelementes an einer Position auf der Welle, in der das Anschlagelement an der Druckfeder anliegt.
Die genannten Schritte müssen dabei nicht in der genannten Reihenfolge erfolgen. Durch die Anordnung der einzelnen Bauteile auf der Schaltwelle ist eine einfache Montage gewährleistet.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung des elektrischen Schalters zur Verfügung gestellt, bei dem eine nach dem Verfahren zur Herstellung der Kontakthebelbewegungseinrichtung hergestellte Kontakthebelbewegungseinrichtung in mindestens ein Gehäuseteil des elektrischen Schalters eingesetzt wird. Es ist ersichtlich, dass sich durch die Vormontage der kompletten Kontakthebelbewegungseinrichtung auf der Schaltwelle die Endmontage der Kontakthebelbewegungseinrichtung beziehungsweise ihrer einzelnen Elemente im Schalter erleichtert, wodurch Fertigungszeiten und -kosten eingespart werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben Es zeigen dabei
1 eine komplette erfindungsgemäße Kontakthebelbewegungseinrichtung,
2 einen Rastkonturring,
3 eine Teilansicht eines Kontakthebels mit geschnittener Schaltwelle,
4 eine schematische Darstellung einer Kontakthebelbewegungseinrichtung in Kontaktschließungsposition,
5 eine schematische Darstellung einer Kontakthebelbewegungseinrichtung in Kontaktöffnungsposition,
6 einen Kontakthebel und Rastkonturringe mit jeweils zwei rampenartigen Ringsegmenten,
7 einen Kontakthebel in Seitenansicht und Ansicht von vorn in Kontaktschließungsposition,
8 eine Kontakthebelbewegungseinrichtung in Vorder- und Seitenansicht in Kontaktöffnungsposition,
9 einen Kontakthebel und ein Blockierelement in Vorder- und Seitenansicht in Kontaktöffnungsposition, und
10 einen Kontakthebel und Rastkonturringe mit jeweils einem rampenartigen Ringsegment.
In 1 ist die Ausführungsform der Kontakthebelbewegungseinrichtung dargestellt, in der die Drehachse des Kontakthebels 12 ebenfalls die Drehachse der Schaltwelle 22 ist. In 1 befinden sich auf einer Schaltwelle 20 mehrere Kontakthebel 10. Diese Kontakthebel 10 können einpolig ausgeführt sein, das heißt, dass an jedem der Kontakthebel 10 nur ein Hebelarm mit jeweils einem Kontaktelement 11 angeordnet ist. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass – wie an einem der Kontakthebel 10 gestrichelt dargestellt – ein Kontakthebel 10 zwei Hebelarme aufweist, so dass am Kontakthebel 10 zwei Kontaktelemente 11 angebracht sind. In der dargestellten Ausführungsform ist die Schaltwelle 20 von zwei Lagerschalen 40 aufgenommen, die ein Teil der Schaltwellenlagerung ausbilden. Die Lagerschalen 40 werden in Gehäuselagerstellen aufgenommen. An den Lagerschalen 40 stützen sich Spiraldruckfedern 60 ab, die an ihren gegenüberliegenden Enden an jeweils einem Rastkonturring 30 anliegen. Ein solcher Rastkonturring 30 liegt wiederum am Kontakthebel 10 an. Am Kontakthebel 10 liegt in der dargestellten Ausführungsform an jeder seiner zwei Stirnflächen ein Rastkonturring 30 an. Des Weiteren sind auf der Schaltwelle 20 zwei Koppelglieder 50 angeordnet, die zur Einleitung des Schaltmomentes in die Schaltwelle 20 dienen. An einem jeden der Koppelglieder 50 liegt ebenfalls eine Spiraldruckfeder 60 an, die gegen einen Rastkonturring 30 drückt. Die dargestellten Rastkonturringe 30 weisen ein erstes rampenartiges Ringsegment 31 und ein zweites rampenartiges Ringsegment 32 auf. Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Kontakthebelbewegungseinrichtung eine in sich geschlossene Baueinheit bildet, die in der dargestellten Form montierbar und transportierbar ist.
Die Schaltwelle 20 ist profiliert ausgeführt, so dass die ebenfalls innenprofiliert ausgeführten Rastkonturringe 30 längs auf der Schaltwelle verschieblich sind. Der Kontakthebel 10 ist hinsichtlich seiner Position in Längserstreckungsrichtung der Schaltwelle 20 auf dieser fest angeordnet, aber in dieser Position um die Längsachse der Schaltwelle 20 herum verdrehbar. Die Koppelglieder 50 sind mit der Schaltwelle 20 fest verbunden. Die Lagerschalen 40 sind an der Schaltwelle 20 hinsichtlich ihrer Position in Längserstreckungsrichtung der Schaltwelle 20 fest angeordnet.
Bei einer Drehbewegung eines Kontakthebels 10 verdreht dieser sich relativ zu den auf der Schaltwelle 20 drehfixierten Rastkonturringen 30, wodurch das Abgleiten der rampenartigen Ringsegmente 31, 32 am Kontakthebel 10 und am Rastkonturring 30 den Abstand zwischen Rastkonturringen 30 und Kontakthebel 10 vergrößert, wodurch die Feder 60 zusammengedrückt wird und sich dadurch die auf den Rastkonturring 30 wirkende Federkraft erhöht. Dadurch wird erreicht, dass in Abhängigkeit der Anordnung der rampenartigen Ringsegmente 31 und 32 nach Drehung des Kontakthebels 10 aufgrund von kontaktabhebenden Kräften entweder der Kontakthebel 10 aufgrund der Federkraft wieder in die Kontaktschließungsposition zurückgedreht wird oder nach Erreichung einer bestimmten Winkelposition unabhängig von der kontaktabhebenden Kraft weiter von dem Gegenkontakt entfernt wird. Bei Auftreten der impulsartigen Kontaktabhebekraft muss demzufolge nur der Kontakthebel 10 zur Kontaktöffnung einen größeren Weg zurücklegen. Das bedeutet, dass im Wesentlichen nur das Massenträgheitsmoment des Kontakthebels 10 und die Reibung der kontaktabhebenden Kraft entgegenwirkt. Das heißt, dass im Wesentlichen nur der Kontakthebel 10 bei Auftreten zum Beispiel eines Kurzschlusses zur Kontaktöffnung beschleunigt werden muss. Damit ist die erfindungsgemäße Kontakthebelbewegungseinrichtung in der Lage, sehr kurze Reaktionszeiten im Falle eines Kurzschlusses zu realisieren.
In 2 ist ein Rastkonturring 30 gezeigt, in dem Profilelemente zum Eingreifen in Profilelemente der Schaltwelle 20 angeordnet sind. Damit wird die Verschieblichkeit des Rastkonturringes 30 und seine Drehpositionsfixierung auf der Schaltwelle 20 realisiert.
3 zeigt den zentralen Abschnitt des Kontakthebels 10, der auf einer im Schnitt dargestellten Schaltwelle 20 angeordnet ist. Es ist ersichtlich, dass sich der Kontakthebel 10 auf der Schaltwelle 20 drehen kann.
In den 4 bis 10 ist ein Kontakthebel 10 dargestellt, an dem beidseitig Rastkonturringe 30, die jeweils mit der Kraft einer Feder 60 beaufschlagt sind, anliegen.
In 4 und 5 weist der Kontakthebel 10 ein erstes rampenartiges Ringsegment 31 und ein zweites rampenartiges Ringsegment 32 auf. 4 zeigt dabei den Kontakthebel 10 in Kontaktschließungsposition. Es st ersichtlich, dass die Formelemente, die die rampenartigen Ringsegmente 31 ausbilden, nicht vollständig ineinander eingreifen. Damit wird gewährleistet, dass, wie in 4 dargestellt, die auf die Rastkonturringe 30 wirkenden Kräfte der Federn 60 über die schrägen Rampen der rampenartigen Ringsegmente 31 ein Drehmoment auf den Kontakthebel 10 in Richtung der Kontaktschließung erzeugen. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kontakthebel 10 mit seinem Kontaktelement 11 ständig am Gegenkontakt des Schalters anliegt. Die Kontakthebelbewegungseinrichtung ist in dieser in 4 dargestellten Situation somit vorgespannt.
In 5 ist dieselbe Kontakthebelbewegungseinrichtung in einer Position dargestellt, in der sich der Kontakthebel 10 derart weit relativ zu den Rastkonturringen 30 verdreht hat, dass sich die oberen Totpunkte zwischen dem ersten rampenartigen Ringsegment 31 und dem zweiten rampenartigen Ringsegment 32 vom Kontakthebel 10 und von den Rastkonturringen 30 berühren. Bei weiterer Drehung des Kontakthebels 10 über den oberen Totpunkt hinaus würden sich andere rampenartige Kreissegmente 31 und 32 berühren als die, die sich bei Beginn der Kontaktöffnungsbewegung des Kontakthebels 10 berührt hatten. Durch den entgegengesetzten Anstieg dieser anderen rampenartigen Kreissegmente würde sich der Kontakthebel 10 federkraftbedingt noch weiter von dem Gegenkontakt wegdrehen.
In 6 sind ein Kontakthebel 10 und zwei Rastkonturringe 30 mit jeweils zwei rampenartigen Ringsegmenten 31 und 32 dargestellt, bei denen diese rampenartigen Ringsegmente 31 und 32 unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Der Anstieg des ersten rampenartigen Ringsegments 31 ist positiv definiert und der Anstieg des zweiten rampenartigen Ringsegments 32 ist negativ definiert. In 6 ist die Winkelposition des Kontakthebels 10 dargestellt, die einer weiteren Öffnungs-Drehung des Kontakthebels 10 aus der Position wie in 5 dargestellt entspricht. Durch die Kräfte der Federn 60, die auf die Rastkonturringe 30 wirken, wird somit bei Anlage der zweiten rampenartigen Ringsegmente 32 aneinander ein Drehmoment auf den Kontakthebel 10 in Richtung Kontaktöffnung bewirkt.
In 7 ist in der Ansicht von vorn mit dem Pfeil die Drehrichtung des Kontakthebels 10 bei Kontaktöffnung angedeutet. In der in 7 dargestellten Ansicht von der Seite befindet sich der Kontakthebel 10 in geschlossener Schaltposition und strichpunktiert dargestellt in geöffneter Schaltposition, wobei der Schalthebel 10 in dieser geöffneten Schaltposition an einem Blockierelement 70 anliegt. Der Kontakthebel 10 sowie die Rastkonturringe 30 weisen in dieser Ausgestaltung nur ein erstes rampenartiges Kreisringsegment 31 auf und daran anschließend einen Absatz 33. In der Ansicht von vorn in 7 ist ebenfalls dargestellt, dass die Rastkonturringe 30 an dem Kontakthebel 10 nur im Bereich des ersten rampenartigen Ringsegmentes 31 zur Anlage kommen, wodurch im geschlossenen Schaltungszustand eine Vorspannung und demzufolge ein Drehmoment auf den Kontakthebel 10 in Richtung Kontaktschließungsposition bewirkt wird.
In 8 ist in der Ansicht von vorn sowie in der Seitenansicht dargestellt, dass der Kontakthebel 10 bereits einen gewissen Öffnungsweg zurückgelegt hat, wobei sich in dieser in 8 dargestellten Position nur noch die oberen Totpunkte zwischen dem ersten rampenartigen Ringsegment 31 und dem Absatz 33 berühren.
Bei weiterer Öffnung des Kontakthebels 10, wie in 9 dargestellt, hat sich der Kontakthebel 10 derart weit relativ zu den Rastkonturringen 30 verdreht, dass jeweils die Absätze 33 am Kontakthebel 10 und an den Rastkonturringen 33 aneinander anliegen. In dieser Winkelposition des Kontakthebels 10 wirkt somit kein von den Federn 60 aufgebrachtes Drehmoment mehr auf den Kontakthebel 10, wodurch dieser in der Öffnungs-Position fixiert wird. Zusätzlich ist, wie in 9 dargestellt, ein Blockierelement 70 vorgesehen, an dem der Kontakthebel 10 in maximaler Öffnungsposition zur Anlage kommt, um eine Drehbewegung des Kontakthebels 10 auf einen definierten Winkelbetrag zu begrenzen.
Dieses Blockierelement 70 kann in jeder der Ausführungsvarianten der Rastkonturringe am Schalter angeordnet sein. Das heißt, unabhängig von der Anzahl, vom Steigungswert oder Vorzeichen der Steigung der rampenartigen Ringsegmente kann immer ein Blockierelement 70 im Schalter vorgesehen sein, welches den Drehweg des Kontakthebels auf einen bestimmten Drehwinkel begrenzt. Damit wird unabhängig von der Ausgestaltung der Rasteinrichtung gewährleistet, dass der Drehwinkel des Kontakthebels 10 auf einen bestimmten Maximalwert begrenzt ist.
In vorteilhafter Weise ist dabei die Position des Blockierelementes 70 einstellbar.
In 10 ist ein Kontakthebel 10 mit zwei an ihm anliegenden Rastkonturringen 30 dargestellt, wobei die Rastkonturringe 30 und der Kontakthebel 10 jeweils zwei rampenartige Ringsegmente 31 und 32a aufweisen, wobei der Anstieg des ersten rampenartigen Ringsegments 31 als positiv definiert ist und größer ist als der Anstieg des zweiten rampenartigen Ringsegments 32, dessen Anstieg ebenfalls als positiv definiert ist. Bei der in 10 dargestellten Ausführungsform bewirken die schrägen Rampen am Kontakthebel 10 und an den Rastkonturringen 30 bei Verdrehung des Kontakthebels 10 relativ zu den Rastkonturringen 30 bei Eingriff des ersten rampenartigen Ringsegments 31 ein starkes Rückstellmoment in Richtung Kontaktschließungsposition und bei Eingriff des zweiten rampenartigen Ringsegments 32a aufgrund dessen geringerer Steigung ein abgeschwächtes Rückstellmoment. Allerdings wirkt aufgrund des relativ hohen Gesamt-Abstandes des Rastkonturringes 30 und der damit verbundenen Federverformung eine umso größere Federkraft auf den Rastkonturring 30, wodurch sich das Rückstellmoment wieder erhöht.
Die Dimensionierung des Rückstellmomentes lässt sich somit über die Wahl der Steigungen an den rampenartigen Ringsegmenten 31, 32 und der Federrate gestalten.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Darstellungen gezeigten Anordnungen der rampenartigen Ringsegmente 31, 32 am Kontakthebel 10 und an den Rastkonturringen 30 beschränkt. Die Erfindung kann ebenfalls derart ausgeführt sein, dass sich die negativ ausgebildeten Rastelemente am Rastkonturring 30 befinden und die positiv ausgebildeten Rastelemente am Kontakthebel 10.

10: Kontakthebel
11: Kontaktelement
12: Drehachse des Kontakthebels
20: Schaltwelle
21: Profilelement
22: Drehachse der Schaltwelle
30: Rastkonturring
31: erstes rampenartiges Ringsegment
32: zweites rampenartiges Ringsegment mit negativem Anstieg
32a: zweites rampenartiges Ringsegment mit positivem Anstieg
33: Absatz
40: Lagerschale
50: Koppelglied
60: Feder
70: Blockierelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/031779 A1 [0004]
- DE 10054383 A1 [0005]
- EP 0398461 A2 [0006]

Claims

Kontakthebelbewegungseinrichtung zur Bewegung mindestens eines Kontakthebels eines Leistungsschalters für die Kontaktschließung und zur Realisation der Kontaktöffnung bei Überschreitung einer bestimmten kontaktabhebenden Kraft, mit mindestens einem ein Kontaktelement aufweisenden drehbeweglichen Kontakthebel und mindestens einer in Abhängigkeit von auf den Kontakthebel wirkenden kontaktabhebenden Kräften die Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels bewirkenden Rasteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasteinrichtung und der Kontakthebel (10) derart angeordnet und ausgestaltet sind, dass die von der Rasteinrichtung auf den Kontakthebel (10) zum Zweck der Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels (10) ausgeübte Kraft unmittelbar von Rastelementen der Rasteinrichtung, die ringförmig um die Drehachse (12) des Kontakthebels (10) angeordnet sind, auf den Kontakthebel (10) übertragbar ist.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente der Rasteinrichtung konzentrisch zur Drehachse (12) des Kontakthebels (10) angeordnet sind.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthebelbewegungseinrichtung des Weiteren eine das zur Schließung der Schaltkontakte auf den Kontakthebel (10) wirkende Moment übertragende Schaltwelle (20) umfasst, wobei die Drehachse (12) des drehbeweglichen Kontakthebels (10) die Drehachse (22) der Schaltwelle (20) ist.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (20), die Rasteinrichtung und der Kontakthebel (10) derart eingerichtet sind, dass die Momentübertragung von der Schaltwelle (20) über die Rasteinrichtung auf den Kontakthebel (10) erfolgt.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasteinrichtung mindestens einen Rastelemente aufweisenden Rastkonturring (30) umfasst, der auf der Drehachse (12) des Kontakthebels (10) verschiebbar und rotationsfest angeordnet ist und mit einer in Richtung Kontakthebel (10) ständig wirkenden Kraft beaufschlagt ist, so dass der Rastkonturring (30) ständig am Kontakthebel (10) anliegt.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastkonturring (30) mindestens ein Formelement als Rastelement aufweist, welches mit mindestens einem komplementär ausgestalteten Formelement am Kontakthebel (10) derart zusammenwirkt, dass eine formschlüssige Momentübertragung vom Rastkonturring (30) auf den Kontakthebel (10) realisierbar ist.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastkonturring (30), die ständig auf den Rastkonturring (30) wirkende Kraft und der Kontakthebel (10) derart ausgestaltet sind, dass eine kraftschlüssige Momentübertragung vom Rastkonturring (30) auf den Kontakthebel (10) realisierbar ist.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (20) als Profilwelle ausgebildet ist, und dass der Rastkonturring (30) an seinem Innenumfang mindestens ein Profilelement (21) aufweist, das mit einem komplementär ausgestalteten Formelement der profilierten Schaltwelle (20) zusammenwirkt.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthebelbewegungseinrichtung des Weiteren mindestens eine zur Lagerung der Schaltwelle (20) in einem Gehäuse dienende Lagerschale (40) umfasst, an der sich eine Feder (60) zur Aufbringung der ständig auf den Rastkonturring (30) wirkenden Kraft abstützt.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schaltwelle (20) des Weiteren mindestens ein Koppelglied (50) fest angeordnet ist zur Einleitung des Schaltmomentes in die Schaltwelle (20).
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Koppelglied und einem Rastkonturring (30) eine Feder (60) angeordnet ist, die sich am Koppelglied (50) abstützt und deren Federkraft ständig auf den Rastkonturring (30) wirkt, so dass der Rastkonturring (30) ständig an den Kontakthebel (10) gedrückt wird.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das als Rastelement dienende Formelement am Rastkonturring (30) mindestens ein erstes rampenartiges Ringsegment (31) umfasst, welches im eingerasteten Zustand in eine komplementär ausgestaltete Ausnehmung im Kontakthebel (10) eingreift, wobei der positive Anstieg der Rampe im Drehsinn des Kontakthebels (10) in seiner Drehbewegung zur Kontaktöffnung verläuft.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das erste rampenartige Ringsegment (31) in Drehrichtung des Kontakthebels (10) bei Kontaktöffnung ein Absatz (33) anschließt, der eine Fixierung des Kontakthebels (10) in einer bestimmten Winkelposition bewirkt.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (33) ein massiver Bereich ist, der sich direkt an das erste rampenartige Ringsegment (31) anschließt und keine Steigung aufweist.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das erste rampenartige Ringsegment (31) ein zweites rampenartiges Ringsegment (32) mit negativem Anstieg anschließt, wobei die Steigung des zweiten rampenartigen Ringsegments (32) entgegengesetzt zur Steigung des ersten rampenartigen Ringsegments (31) verläuft.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das erste rampenartige Ringsegment (31) in Drehrichtung des Kontakthebels (10) bei Kontaktöffnung ein zweites rampenartiges Ringsegment (32a) mit einem ebenfalls positiven Anstieg, aber einem geringeren Anstiegswert anschließt.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthebelbewegungseinrichtung des Weiteren ein Blockierelement (70) umfasst, an dem der Kontakthebel (10) nach Drehbewegung zur Öffnung der Kontakte anschlägt.
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (20) ein Duroplastformteil ist und die Lagerschale (40) und/oder das Koppelglied zumindest teilweise einteilig ausbildet sind, oder dass die Schaltwelle (20) eine Stahlwelle ist, die eine isolierende Trennung zum Kontakthebel (10) aufweist; oder dass die Schaltwelle (20) ein Duroplast-Extrusionsprofil ist, und/oder dass die Lagerschale (40), das Koppelglied (50) und der Rastkonturring (30) als Duroplastformteil oder Sinterteil ausgeführt ist, und/oder dass der Kontakthebel (10) als Warmpressteil ausgeführt ist
Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 8, 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthebelbewegungseinrichtung des Weiteren eine das zur Schließung der Schaltkontakte auf den Kontakthebel (10) wirkende Moment übertragende Schaltwelle (20) umfasst, wobei die Drehachse (12) des sich drehbewegenden Kontakthebels (10) parallel und beabstandet zur Drehachse (22) der Schaltwelle (20) angeordnet ist.
Elektrischer Schalter mit einem Gehäuse und einer im Gehäuse gelagerten Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter einen Verklinkungsmechanismus aufweist, der die Schaltwelle (20) in Drehrichtung (12) des die Kontakte öffnenden Kontakthebels (10) bei oder nach Ausrastung der Rasteinrichtung aus dem Kontakthebel (10) dreht.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter derart eingerichtet ist, dass er im Zustand der geschlossenen Schaltkontakte die Schaltwelle (20) und damit den Rastkonturring (30) in einer Position fixiert, in der die Anfangsbereiche der rampenartigen Ringsegmente (31) einen Abstand zueinander aufweisen, so dass die auf den Rastkonturring (30) wirkende Federkraft ein Moment auf den Kontakthebel (10) in Richtung der Schließung der Kontakte bewirkt.
Verfahren zur Herstellung der Kontakthebelbewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Aufstecken eines Kontakthebels (10) auf eine Schaltwelle (20) und Fixierung des Kontakthebels (10) an einer bestimmten Position, wobei der Kontakthebel (10) auf der Schaltwelle (20) drehbeweglich und in Längsrichtung der Schaltwelle (20) fixiert angeordnet ist, – Aufstecken einer Rasteinrichtung auf die Schaltwelle (20), so dass die Rasteinrichtung im Kontakthebel (10) an diesem anliegend einrastet, – Aufstecken einer Druckfeder (60) auf die Schaltwelle (20), so dass sie an der Rasteinrichtung anliegt, – Aufstecken eines Anschlagelementes (70) und Fixierung des Anschlagelementes (70) an einer Position auf der Welle, in der das Anschlagelement (70) an der Druckfeder (60) anliegt.
Verfahren zur Herstellung des elektrischen Schalters nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontakthebelbewegungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 18 als vorgefertigte Baueinheit in mindestens ein Gehäuseteil des elektrischen Schalters eingesetzt wird.