DE102009007478A1

DE102009007478A1 - Schaltmechanismus für ein Schaltgerät, insbesondere für einen Niederspannungs-Leistungsschalter, mit entlasteter Verklinkung in einer Ausschalt- und Wiedergespannstellung

Info

Publication number: DE102009007478A1
Application number: DE200910007478
Authority: DE
Inventors: Ludvik Dipl.-Ing. Godesa
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus (1) für ein Schaltgerät (2) mit einem in einem Schaltwellensegment (6) drehbar gelagerten, in einem Fehlerfall automatisch ausschaltbaren Kontaktglied (3). Er weist weiterhin eine Verklinkung (50) zum Verklinken eines Spannhebels (40) sowie eine Entriegelung (60) zum automatischen Entriegeln des verklinkten Spannhebels (40) auf. Erfindungsgemäß weist die Verklinkung (50) einen Haltebügel (52) auf, welcher eine Laufrolle (15) des Schalthebels (10) beim Verklinken der Sperrklinke (53) mit einer Sperrstufe (R) am Spannhebelende (42) schwenkend umgreift, um dadurch den Schalthebel (10) in einer Ausschalt- und Wiedergespanntstellung (S0) zu fixieren. Es ist eine Entklinkungssperre (54) mit der Verklinkung (50) verschwenkbar, sodass ein Entriegeln der Entklinkungssperre (54) über die Verriegelung (60) des Schaltmechanismus (1) nicht mehr möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus für ein Schaltgerät, insbesondere für einen Niederspannungs-Leistungsschalter. Der Schaltmechanismus weist mindestens ein in einem Schaltwellensegment drehbar gelagertes, in einem Fehlerfall über den Schaltmechanismus automatisch ausschaltbares Kontaktglied auf. Er weist einen Schalthebel zum manuellen Aus- und Wiedereinschalten des Kontaktgliedes mit einem um einen ortsfesten Lagerpunkt kippbaren Schaltbügel auf. Zudem umfasst er einen ortfest schwenkbar gelagerten Spannhebel für den Schaltmechanismus, wobei der Spannhebel ein gegenüberliegendes Ende mit einer Sperrstufe sowie eine Steuerkurvenfläche aufweist, die mit einem vom Schalthebel angetriebenen Spannbolzen zusammenwirkt. Der Schaltmechanismus weist ferner eine ortsfest schwenkbar gelagerte, vorgespannte Verklinkung mit einer Sperrklinke auf, welche zum Verklinken mit der Sperrstufe des Spannhebels kurz vor Erreichen einer manuellen Ausschalt- und Wiedergespanntstellung des Schalthebels ausgebildet ist. Schließlich umfasst der Schaltmechanismus eine Entriegelung zum Entriegeln des verklinkten Spannhebels, wobei die Entriegelung eine mit einer Entklinkungssperre der Verklinkung zusammenwirkende Sperrenentriegelung aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schaltgerät mit einem in einem Isolierstoffgehäuse aufgenommenen, doppelt oder einfach unterbrechenden Drehkontaktsystem, welches zwei Festkontakte zum Anschließen an jeweils eine Strombahn sowie ein in einem Schaltwellensegment drehbar gelagertes, mit zumindest einem der Festkontakte zusammenwirkendes Kontaktglied aufweist. Das Kontaktglied ist in einem Fehlerfall über einen derartigen Schaltmechanismus automatisch ausschaltbar.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Schaltgeräte im Niederspannungsbereich. Mit „Niederspannung” sind typischerweise Spannungen von bis ca. 1000 Volt gemeint. Unter entsprechender konstruktiver Auslegung der Schalttrennstrecken können derartige Schaltgeräte auch für Schaltspannungen über 1000 V ausgelegt sein, wie z. B. bis 6,3 kV. Weiterhin sind derartige Schaltgeräte insbesondere zur Unterbrechung von Strombahnen in einem Überstromfall oder in einem Kurzschlussfall ausgebildet. Sie können einpolig oder mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt sein.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 555 158 A1 ist ein Schaltmechanismus für einen Niederspannungsleistungsschalter bekannt. Er weist mindestens einen beweglichen Kontakt auf, dessen manuelles Ein- und Ausschalten sowie automatisches Ausschalten aufgrund eines Fehlers über den genannten Mechanismus gesteuert wird. Er weist zudem einen, an eine ortsfeste Achse angelenkten und eine Steuerkurvenfläche aufweisenden Spannhebel auf. Weiterhin umfasst der Schaltmechanismus ein Kniehebelgelenk, das aus einer Kniehebelgelenkachse, einer, einerseits mit dem beweglichen Kontakt und andererseits mit der Kniehebelgelenkachse verbundenen, Koppellasche, sowie einem einerseits an den Spannhebel und andererseits an die Achse des Kniehebelgelenks angelenkten, Schwenkhebel besteht. Weiterhin weist der Schaltmechanismus eine Feder auf, die einerseits an der Achse des Kniehebelgelenks und andererseits an einem Schaltknebel zum Aus- und Einschalten der Kontakte gelagert ist. Der Schaltmechanismus umfasst einen Riegel, der dazu dient, mit dem genannten Spannhebel zusammenzuwirken, um diesen in der Verriegelungsstellung zu halten. Er umfasst weiterhin eine Steuerkurven-Laufrolle, die über den Schalt knebel angetrieben wird und dazu dient, mit der Steuerkurvenfläche des Spannhebels zusammenzuwirken, um den Spannhebel in die Verriegelungsstellung zu verbringen, wobei der genannte Schaltknebel drei verschiedene Stellungen einnehmen kann, und zwar eine Einschaltstellung, in der die Feder das Kniehebelgelenk in Richtung Streckstellung beaufschlagt, eine Hand-Ausschalt- und -Wiederspannstellung, in der die Feder das Kniehebelgelenk in Richtung der Ausknickstellung beaufschlagt und der Spannhebel sich in der Verriegelungsstellung befindet, sowie eine Ausgelöststellung, in der der Spannhebel entriegelt und das Kniehebelgelenk ausgeknickt sind. Die Steuerkurvenfläche weist einen, zwei aufeinanderfolgende Abschnitte begrenzenden Neigungs-Umkehrpunkt auf, wobei ein erster Abschnitt annähernd dem Weg des Schaltknebels zwischen der Ausgelöststellung und der Wiedergespanntstellung und ein zweiter Abschnitt der Wiedergespanntstellung entspricht, die Neigung des ersten Abschnitts so ausgebildet ist, dass die Resultierende aus den von der Feder ausgeübten und auf den Schaltknebel wirkenden Kräfte den Schaltknebel in Richtung der Ausgelöststellung beaufschlagt, und die Neigung des zweiten Abschnitts so ausgebildet ist, dass der Schaltknebel in Richtung der Wiedergespanntstellung beaufschlagt wird, welche ein stabile Stellung darstellt, in der der Spannhebel zurückgehalten wird.
Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen alternativen Schaltmechanismus anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Schaltmechanismus anzugeben, bei welchem die Verklinkung in der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung kräftemäßig weniger belastet wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Schaltgerät mit einem derartigen Schaltmechanismus anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Schaltmechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Schaltmechanismus sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 genannt. Im Anspruch 8 ist ein Schaltgerät mit einem derartigen Schaltmechanismus angegeben. In den abhängigen Ansprüchen 9 und 10 sind vorteilhafte Ausführungsformen des Schaltgerätes genannt.
Erfindungsgemäß weist die Verklinkung einen Haltebügel auf, welcher den Spannbolzen beim Verklinken der Sperrklinke mit der Sperrstufe am Spannhebelende schwenkend umgreift, um dadurch den Schalthebel in der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung zu fixieren. Die Entklinkungssperre ist mit der Verklinkung verschwenkbar, sodass ein Entriegeln der Entklinkungssperre über die Verriegelung des Schaltmechanismus nicht mehr möglich ist.
Kernidee der Erfindung ist, dass beim Verklinken sowohl der Schalthebel fixiert und zugleich ein Auslösen des gespannten Schaltmechanismus verhindert wird, indem die Entklinkungssperre, das heißt die Freigabe zum Entklinken, quasi vom Auslöser wegschwenkt wird.
Dadurch ist eine unbeabsichtigte Auslösung des Schaltmechanismus nicht möglich, wie dies z. B. bei einer Prüfung oder bei einer Betriebsabnahme der Fall sein kann. Üblicherweise gibt dann ein Schalter, wie z. B. ein Mikroschalter, welcher im Bereich des Spannhebels angebracht ist, ein Signal aus, welches anzeigt, dass der Schaltmechanismus bzw. das Schaltgerät „getrippt” hat.
Mit der sogenannten „TRIPP-Stellung” ist typischerweise eine zwischen der Einschaltstellung und der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung liegende Ausgelöststellung bezeichnet, in die der Schalthebel nach automatischer Auslösung selbsttätig von der Einschaltstellung in die Ausgelösstellung schwenkt. Mit „automatisch” ist hier gemeint, dass sich die Schaltkontakte bzw. das Schaltglied im Fehlerfall, insbesondere bei einem Kurzschluss oder Überstrom, automatisch unter Einwirkung eines Auslösers öffnen. Hierzu ist typischerweise ein Auslöser einer Stromüberwachungseinrichtung mit der Verriegelung des Schaltmechanismus verbunden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Schalthebel im Vergleich zum Stand der Technik durch die zumindest teilweise Umgreifung besonders stabil in der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung gehalten wird.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Verklinkung und der Spannhebel derart geometrisch aufeinander abgestimmt, dass die Verklinkung in der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung kräftemäßig weitgehend entlastet ist. Dadurch reduziert sich die mechanische Belastung der Verklinkung im Vergleich zum Stand der Technik.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der den Spannbolzen umgreifende Haltebügel bei einer manuellen Betätigungsbewegung des Schalthebels von der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung in Richtung einer Einschaltstellung wieder niederdrückbar. Die Sperrklinke ist durch die damit verbundene Verschwenkung der Verklinkung von der Sperrstufe auf eine weiter außenliegende, abgeschrägte Verklinkungsfläche absetzbar. Die Verschwenkung ist dabei derart bemessen, dass die Sperrklinke in Bezug auf den radialen Abstand zu einer Spannhebelachse nur so weit nach außen geschoben wird, dass der Spannhebel nicht selbsttätig entklinkt.
Im Besonderen ist die Verklinkungsfläche derart abgeschrägt, dass die dort abgesetzte Sperrklinke wegen der nun anstehenden Spannkraft des Spannhebels an der Sperrklinke bei einer automatischen Auslösung über eine Verschwenkung der Entriegelung und einer damit verbundenen Verschwenkung der Sperrenentriegelung nach außen verschiebbar ist, sodass der Spannhebel freigebbar und der Schaltmechanismus zum Öffnen des Schaltgliedes entspannbar ist.
Durch die Schrägung wirkt über die Sperrklinke ein Drehmoment auf die Verklinkung, welches einem Federvorspannmoment der Verklinkung entgegenwirkt und betragsmäßig größer ist. Das Drehmoment resultiert dabei aus einer im Fußpunkt der Sperrklinke eingeleiteten Spannkraft des Spannhebels. Wird nun die Sperrenfreigabe der Entriegelung bei einer automatischen Auslösung von der Sperrklinke weggeschwenkt, so ist vorteilhaft eine schnelle und äußerst zuverlässige Entklinkung des Spannhebels möglich. Die Entriegelung ist vorzugsweise über eine Feder entgegen einer Auslösedrehrichtung vorgespannt.
Vorzugsweise ist der Spannbolzen eine im Schaltbügel drehbar gelagerte Laufrolle. Dadurch werden die Reibungsverluste beim Abfahren der Steuerkurvenfläche am Außenrand des Spannhebels deutlich verringert.
Nach einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Schaltmechanismus ein an sich bekanntes Kniehebelgelenk, bestehend aus einer Koppellasche, einem Schwenkhebel und einer diese verbindenden Kniehebelgelenkachse auf, wobei das andere Koppellaschenende mit dem Kontaktglied und das andere Schwenkhebelende mit dem Spannhebel verbunden ist. Weiterhin weist der Schaltmechanismus ein zwischen der Kniehebelgelenkachse und dem Schalthebel eingebrachtes Federelement, vorzugsweise eine zylindrische Zugfeder, auf. Dadurch kann der Schalthebel die drei zuvor beschriebenen Schaltstellungen einnehmen, und zwar die Einschaltstellung, in welcher das Federelement das Kniehebelgelenk in eine Streckstellung bringt, die manuelle Ausschalt- und Wiedergespanntstellung, oder die Ausgelöststellung, in welcher das Federelement das Kniehebelgelenk in eine Ausknickstellung bringt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verklinkung ein Stanz-/Biegeteil. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung der Verklinkung und somit auch die Herstellung des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus erheblich.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Schaltgerät mit einem in einem Isolierstoffgehäuse aufgenommenen, doppelt oder einfach unterbrechenden Drehkontaktsystem gelöst.
Bei einem doppelt unterbrechenden Drehkontaktsystem ist typischerweise ein Kontakthebel mit zwei Kontaktarmen im Schaltwellensegment als Kontaktglied gelagert (siehe 1). Jeder Kontaktarm weist an seinem außenliegenden Ende einen beweglichen Schaltkontakt auf, der mit jeweils einem zugeordneten, gegenüberliegenden Festkontakt zusammenwirkt. Die beiden Festkontakte sind fest mit Strombahnen verbunden, die aus dem Isolierstoffgehäuse nach außen geführt sind und dort einen elektrischen Anschluss zum externen Anschließen des Schaltgerätes aufweisen.
Im Falle eines einfach unterbrechenden Drehkontaktsystems weist der Kontakthebel nur einen Kontaktarm mit einem beweglichen Schaltkontakt als Kontaktglied auf (siehe 2). Der zugehörige Festkontakt ist wiederum mit einer aus dem Isolierstoffgehäuse herausgeführten Strombahn verbunden. Anstelle des zweiten Kontaktarms ist ein im Bereich des Schaltwellensegmentes angeordneter Stromseilanschluss vorhanden. Zwischen diesem und einer zweiten Strombahn ist dann ein Stromseil angebracht.
Gemäß der Erfindung ist das Kontaktglied des einfach oder doppelt unterbrechenden Drehkontaktsystems in einem Fehlerfall über einen derartigen Schaltmechanismus automatisch ausschaltbar.
Das Schaltgerät kann mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt sein. Es kann je Pol zwei oder mehrere parallelgeschaltete, drehbare Kontakthebel mit jeweils einem oder zwei Kontaktarmen als Kontaktglied aufweisen.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
1 einen schematischen Aufbau eines beispielhaften Schaltgerätes mit einem über einen Schaltmechanismus automatisch ausschaltbaren Kontaktglied eines doppelt unterbrechenden Drehkontaktsystems,
2 einen schematischen Aufbau eines beispielhaften Schaltgerätes mit einem über einen Schaltmechanismus automatisch ausschaltbaren Kontaktglied eines einfach unterbrechenden Drehkontaktsystems,
3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen beispielhaften Schaltmechanismus in einer Ausgelöststellung,
4 den Schaltmechanismus gemäß 3 in einer ersten Zwischenschaltstellung zum Wiederspannen des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus,
5 den Schaltmechanismus gemäß 3 in einer manuellen Ausschalt- und Wiedergespanntstellung,
6 den Schaltmechanismus gemäß 3 in einer zweiten Zwischenschaltstellung in Richtung einer Einschaltstellung des Schaltmechanismus,
7 den Schaltmechanismus gemäß 3 in der Einschaltstellung,
8 eine beispielhafte Verklinkung des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus gemäß 3 in einer perspektivischen Ansicht,
9 eine vergrößerte Darstellung eines Spannhebels des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus gemäß 3 mit einer Sperrstufe und einer Verklinkungsfläche, und
10 eine nochmals vergrößerte Darstellung des Bereichs um die Verklinkungsfläche gemäß 9
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines beispielhaften Schaltgerätes 2 mit einem über einen Schaltmechanismus 1 automatisch ausschaltbaren Kontaktglied 3 eines doppelt unterbrechenden Drehkontaktsystems.
Mit dem Bezugszeichen 5 ist ein Isolierstoffgehäuse des Schaltgerätes 2 bezeichnet. In ihm ist ein doppelt unterbrechendes Drehkontaktsystem mit einem Kontakthebel aus zwei Kontaktarmen 71, 72 als Schaltglied 3 aufgenommen. Letzteres ist in einem Schaltwellensegment 6 drehbar gelagert. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Schaltachse des Schaltwellensegmentes 6 bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 4 sind ferner zwei Festkontakte bezeichnet, die mit je einem Schaltkontakt des Schaltgliedes 3 zusammenwirken. Die Festkontakte 4 und die gegenüberliegenden beweglichen Schaltkontakte weisen jeweils ein Schalt- oder Kontaktstück 73 auf. Die beiden Festkontakte 4 sind zudem über jeweils eine Strombahn 74, 75 mit einem am anderen Ende angeordneten elektrischen Anschluss 76, 77 verbunden.
Zum automatischen Abschalten des Kontaktgliedes 3 weist das Schaltgerät 2 einen nicht weiter gezeigten Schaltmechanismus 1 auf. Dieser ist über eine Koppellasche 20 und über einen Drehbolzen 8 gelenkig mit dem Schaltwellensegment 6 verbunden. Im oberen Teil des Schaltgerätes 2 ist ein Schalthebel 10 mit einer Handhabe 11 zu sehen, welcher mit dem Schaltmechanismus 1 zusammenwirkt. Er dient zum manuellen Ein- und Ausschalten bzw. zum Wiederspannen des Schaltmechanismus 1 des Schaltgerätes 2.
Mit dem Bezugszeichen 60 ist eine um eine Entriegelungsachse 61 schwenkbare Entriegelung bezeichnet, welche zum externen, automatischen Auslösen des Schaltgerätes 2 vorgesehen ist. Hierzu kann an einem Entriegelungshebel 62 eine externe Überstromerfassungseinheit angeschlossen sein, um das Schaltgerät 2 in einem Überstromfall oder in einem Kurzschlussfall ausschalten zu können.
Der gezeigte Schaltmechanismus 1, der Festkontakt 4 und die beiden Strombahnen 74, 75 sind dabei Teile des gezeigten doppelt unterbrechenden Schaltgerätes 2. Zugleich kann ein solches Schaltgerät 2 mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausge führt sein und je Pol auch zwei oder mehrere parallelgeschaltete, drehbare Kontakthebel mit jeweils zwei Kontaktarmen 71, 72 aufweisen.
2 zeigt einen schematischen Aufbau eines beispielhaften Schaltgerätes 2 mit einem über einen Schaltmechanismus 1 automatisch ausschaltbaren Kontaktglied 3 eines einfach unterbrechenden Drehkontaktsystems.
Im Vergleich zu 1 ist anstelle von zwei Kontaktarmen 71, 72 nur ein Kontaktarm 71 vorhanden. Zur elektrischen Verbindung des linken Anschlusses 76 mit dem rechten Anschluss 77 ist im Bereich des Schaltwellensegmentes 6 ein Stromseilanschluss 78 angeordnet, an dem ein Stromseil 79 zur Verbindung mit der rechten Strombahn 75 angebracht ist. Der Schaltmechanismus 1 entspricht im Wesentlichen dem in 1.
3 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen beispielhaften Schaltmechanismus 1 in einer Ausgelöststellung ST.
Der gezeigte erfindungsgemäße Schaltmechanismus 1 weist einen Schalthebel 10 zum manuellen Ein- und Ausschalten des Kontaktgliedes 3 auf. Der Schalthebel 10 bzw. dessen Schaltbügel 12 ist um einen ortsfesten Lagerpunkt 14 um eine Kippachse 13 kippbar ausgeführt. Mit „ortsfest” ist hier gehäusefest bzw. fest in Bezug auf zwei Seitenbleche des Schaltmechanismus 1 gemeint. Die Seitenbleche sind aus Gründen der Übersichtlichkeit selbst nicht dargestellt. Letztere sind typischerweise parallel zueinander angeordnet, fest miteinander verbunden und mit den restlichen, dazwischenliegenden Komponenten des Schaltmechanismus 1 im Gehäuse 5 des Schaltgerätes 2 als Baueinheit eingesetzt.
Am oberen Ende des Schaltbügels 12 ist eine Handhabe 11 aus einem Isolierstoff zur manuellen Betätigung des Schalthebels 10 angebracht.
Mit S1 ist eine gezeigte Einschaltstellung bezeichnet, in welcher das Schaltglied 3 des Schaltgerätes 2 geschlossen ist. Mit ST ist eine Ausgelöststellung bzw. eine sogenannte TRIP-Stellung bezeichnet. Dies Schaltstellung ST wird typischerweise eingenommen, wenn der Schaltmechanismus 1 bzw. das Schaltschloss in der Einschaltstellung S1 extern über einen Auslöser ausgelöst wird, indem hierzu die Verriegelung 60 betätigt wird. Mit S0 ist schließlich eine manuelle Ausschalt- und Wiedergespanntstellung bezeichnet, in der das Schaltglied 3 geöffnet ist.
Weiterhin umfasst der Schaltmechanismus 1 einen ortfest um eine Spannhebelachse 41 schwenkbar gelagerten Spannhebel 40 zum Spannen des Schaltmechanismus 1. Der Spannhebel 40 weist eine Steuerkurvenfläche S am rechten, oberen Außenrand des Spannhebels 40 sowie ein der Spannhebelachse 41 gegenüberliegendes Ende 42 mit einer Sperrstufe R auf. Die Steuerkurvenfläche S wirkt mit einem vom Schalthebel 10 angetriebenen Spannbolzen 15 in Form einer Laufrolle zusammen. In der gezeigten Ausgelöststellung ST liegt die Laufrolle 15 an der Steuerkurvenfläche S an.
Außerdem weist der Schaltmechanismus 1 ein Kniehebelgelenk 30 auf. Es besteht aus einer nur ansatzweise gezeigten Koppellasche oder auch unterem Kniehebel 20, einem Schwenkhebel 31 bzw. oberem Kniehebel und einer diese verbindenden Kniehebelgelenkachse 32. Das andere Schwenkhebelende ist über eine Verbindungsachse 33 mit dem Spannhebel 40 gelenkig verbunden. Zusätzlich ist zwischen der nicht ortsfesten Kniehebelgelenkachse 32 und dem Schalthebel 10 ein Federelement 25 in Form einer Zylinderfeder eingebracht. Das Federelement 25 kann auch als Schlossfeder bezeichnet werden. Insbesondere sind die beiden bügelförmigen Federenden zwischen einem axial verlaufenden Federbolzen 17 des Schaltbügels 12 und der gleichfalls axial verlaufenden Kniehebelgelenkachse 32 eingehängt. In der gezeigten Ausgelöststellung ST ist das Kniehebelgelenk 30 weitgehend entspannt.
Weiterhin weist der gezeigte Schaltmechanismus 1 eine ortsfest schwenkbar gelagerte, vorgespannte Verklinkung 50 mit einer Sperrklinke 53 auf. Letztere ist zum Verklinken mit der Sperrstufe R des Spannhebels 40 kurz vor Erreichen einer manuellen Ausschalt- und Wiedergespanntstellung S0 des Schalthebels 10 ausgebildet. Die Verklinkung 50 ist über eine nicht weiter gezeigte Feder im Uhrzeigersinn vorgespannt. Ferner weist der Schaltmechanismus 1 im rechten Teil der 3 eine Entriegelung 60 zum Entriegeln des verklinkten Spannhebels 40 auf. Die Entriegelung 60 weist hierzu eine mit einer Entklinkungssperre 54 der Verklinkung 50 zusammenwirkende Sperrenentriegelung 63 auf. In der vorliegenden entspannten Ausgelöststellung ST ist das Spannhebelende 42 an der aus der Raststufe R entrasteten Sperrklinke 53 vorbei nach oben geschwenkt.
4 zeigt den Schaltmechanismus 1 gemäß 3 in einer ersten Zwischenschaltstellung SZ1 auf dem Kippweg zum Wiederspannen des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus 1.
Wie die 4 zeigt, drückt nun die Laufrolle 15 bei manueller Verschwenkung des Schalthebels 10 in Richtung der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung S0 den Spannhebel 40 zum Wiederspannen des Schaltmechanismus 1 nach unten. Dabei steigt die Verschwenkung des Spannhebels 40 ab einem Neigungskipppunkt N innerhalb der Steuerkurvenfläche S stark an.
Die Sperrklinke 53 gleitet dabei entlang der Außenkontur des Spannhebelendes 42 relativ dazu nach oben, erreicht aber in der gezeigten ersten Zwischenschaltstellung SZ1 noch nicht die Sperrstufe R.
5 zeigt den Schaltmechanismus 1 gemäß 3 in einer manuellen Ausschalt- und Wiedergespanntstellung S0.
Erfindungsgemäß weist die Verklinkung 50 einen Haltebügel 52 auf, welcher nun die Laufrolle 15 beim Verklinken der Sperrklinke 53 mit der Sperrstufe R am Spannhebelende 42 schwenkend umgreift, um dadurch den Schalthebel 10 in der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung S0 zu fixieren.
Zur besonders zuverlässigen Fixierung weist der Haltebügel 52 eine bogenförmige, nach oben zeigende Kontur B auf, innerhalb der sich die Laufrolle 15 in einem gewissen Bereich abrollen kann. Die Laufrolle 15 und somit auch der damit verbundene Schalthebel 10 verbleiben sozusagen in einer stabilen Kuhle, von der aus die Laufrolle 15 bei einer Schwenkbetätigung des Schalthebels 10 in beiden Richtungen erst wieder „hochlaufen” muss.
Mit der Fixierung wird zugleich die parallel dazu versetzt ausgerichtete Entklinkungssperre 54 mit der Verklinkung 50 verschwenkt, sodass ein nun ein Entriegeln der Entklinkungssperre 54 über die Verriegelung 60 des Schaltmechanismus 1 nicht mehr möglich ist. Wie die 5 zeigt, kann nun die Verriegelung 60 mit Ausschaltbefehlen beaufschlagt werden, ohne dass es zu einer Auslösung des verklinkten Spannhebels 40 kommt, da die Sperrenfreigabe 63 die wegschwenkte Entklinkungssperre 54 zum Entriegeln nicht mehr erreichen kann.
Weiterhin sind die Verklinkung 50 und der Spannhebel 40 derart geometrisch aufeinander abgestimmt, dass der Haltebügel 52 den Spannhebel 40 beim Verklinken des Spannhebels 40 kräftemäßig entlastet. Die Verklinkung 50 ist in dieser Schaltstellung S0 weitgehend entlastet.
6 zeigt den Schaltmechanismus gemäß 3 in einer zweiten Zwischenschaltstellung SZ2 in Richtung einer Einschaltstellung S1 des Schaltmechanismus 1.
In dieser Übergangssschaltstellung SZ2 drückt nun die Laufrolle 15 den umgreifenden Haltebügel 52, genauer das Bügelende 55 des Haltebügels 52, bei der Betätigungsbewegung des Schalthebels 10 von der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung S0 in Richtung der Einschaltstellung S1 wieder nieder. Die Sperrklinke 53 wird durch die damit verbundene Verschwenkung der Verklinkung 50 entgegen der Federvorspannung von der Sperrstufe R auf eine weiter außenliegende, abgeschrägte Verklinkungsfläche V absetzt (siehe dazu 9 und 10). Zugleich liegt die Entklinkungssperre 54 der Verklinkung 50 wieder an der Sperrenentriegelung 63 der Entriegelung 60 an. Ab dieser gezeigten Schaltstellung SZ2 ist eine automatische externe Auslösung des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus 1 bereits wieder möglich.
7 zeigt den Schaltmechanismus 1 gemäß 3 in der Einschaltstellung S1.
Im Vergleich zu 7 hat sich die Laufrolle 15 nach Niederdrücken des Haltebügels 52 weiterbewegt. Mit Erreichen der gezeigten Einschaltstellung S1 wird das Kontaktglied 3 wieder geschlossen.
8 zeigt eine beispielhafte Verklinkung 50 des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus 1 gemäß 3 in einer perspektivischen Ansicht. Die gezeigte beispielhafte Verklinkung 50 ist ein Stanz-/Biegeteil. Sie erfüllt zum einen die Funktion der Fixierung der Laufrolle 15 mittels des Haltebügel 52 in der Ausschalt- und Wiedergespannstellung S0, die Funktion des Aufsetzens der Sperrklinke 53 auf die schräge Verklinkungsfläche V mittels des Bügelendes 55 des Haltebügels 52, die Funktion des Verklinkens mittels der Sperrklinke 53 und die Funktion der Entklinkungsfreigabe über die Entklinkungssperre 54.
Die Verklinkung 50 weist weiterhin zwei gegenüberliegende Ösen 56 zur Durchführung einer Verklinkungsachse 51 auf, um die Verklinkung 50 schwenkbar im Schaltgerät 2 lagern. Insbesondere ist die Verklinkungsachse 51 zwischen zwei parallel zueinander angeordneten Seitenblechen des Schaltmechanismus 1 gelagert, wobei letzterer dann fest im Gehäuse 5 des Schaltgerätes 2 aufgenommen ist.
9 und 10 zeigen eine vergrößerte Darstellung eines Spannhebels 40 des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus 1 gemäß 3 mit einer Sperrstufe R und einer Verklinkungsfläche V.
Wie insbesondere die 10 zeigt, ist die Verklinkungsfläche V derart abgeschrägt, dass sich die dort abgesetzte Sperrklinke 53 bei einer automatischen Auslösung, das heißt bei einem Wegschwenken der Sperrenentriegelung 63 der Entriegelung 60, selbsttätig über die Verklinkungsfläche V hinaus nach außen wegschieben kann, um den Spannhebel 40 zu entklinken bzw. freizugeben. Mit „nach außen” ist hier die tangentiale Richtung eines unteren Fußpunktes FP der Sperrklinke 53 in Bezug auf die Verklinkungsachse 51 bezeichnet. Die Ver schiebungsrichtung verdeutlicht ein im Beispiel der 10 nach rechts zeigender Pfeil. Mit dem Bezugszeichen F ist eine im Fußpunkt FP der Sperrklinke 53 wirkende Spannkraft bezeichnet, die von dem vorgespannten Federelement 25 des Kniehhebelgelenks 30 stammt und weiter über den Spannhebel 40 weitergeleitet wird. Es ist letztendlich die in tangentialer Richtung im Fußpunkt FP wirkende vektorielle Kraftkomponente der Spannkraft F, welche die Sperrklinke 53 dann nach außen schiebt, wobei diese Kraftkomponente betragsmäßig größer ist als eine im Fußpunkt FP in entgegengesetzter Richtung wirkende Federvorspannkraft der Verklinkung 50.
Mit dem Bezugszeichen G ist ein gerades, im Wesentlichen radial zur Spannhebelachse 41 und in Normalenrichtung zur Unterseite der Sperrklinke 53 verlaufendes Flächenstück bezeichnet. Beide Flächen G, V sind vorzugsweise um einen Winkel von mindestens 45° zueinander geneigt. In der manuellen Ausschalt- und Wiedergespannstellung S0 wäre dagegen die Sperrklinke 53 mit ihrer Unterseite auf dem geraden Flächenstück G abgesetzt. In dieser Schaltstellung S0 ist der Spannhebel 40 zuverlässig verklinkt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Schaltmechanismus 1 für ein Schaltgerät 2 mit einem in einem Schaltwellensegment 6 drehbar gelagerten, in einem Fehlerfall automatisch ausschaltbaren Kontaktglied 3. Er weist weiterhin eine Verklinkung 50 zum Verklinken eines Spannhebels 40 sowie eine Entriegelung 60 zum automatischen Entriegeln des verklinkten Spannhebels 40 auf. Erfindungsgemäß weist die Verklinkung 50 einen Haltebügel 52 auf, welcher eine Laufrolle 15 des Schalthebels 10 beim Verklinken der Sperrklinke 53 mit einer Sperrstufe R am Spannhebelende 42 schwenkend umgreift, um dadurch den Schalthebel 10 in einer Ausschalt- und Wiedergespanntstellung S0 zu fixieren. Es ist eine Entklinkungssperre 54 mit der Verklinkung 50 verschwenkbar, sodass ein Entriegeln der Entklinkungssperre 54 über die Verriegelung 60 des Schaltmechanismus 1 nicht mehr möglich ist.

1: Schaltmechanismus, Schaltschloss
2: Schaltgerät
3: Kontaktglied
4: Festkontakt, Schaltkontakt
5: Gehäuse, Isolierstoffgehäuse
6: Schaltwellensegment, Schaltwelle
7: Schaltachse, Drehachse
8: Drehbolzen
10: Schalthebel
11: Handhabe
12: Schaltbügel
13: Kippachse
14: Lagerpunkt
15: Laufrolle
17: Federbolzen
20: Koppellasche
30: Kniehebelgelenk
31: Schwenkhebel
32: Kniehebelgelenkachse
33: Verbindungsachse
40: Spannhebel
41: Spannhebelachse
42: Spannhebelende
50: Verklinkung
51: Klinkenachse
52: Bügel
53: Sperrklinke
54: Entklinkungsperre
55: Bügelende
56: Ösen, Öffnung
60: Entriegelung
61: Entriegelungsachse
62: Entriegelungshebel
63: Sperrenentriegelung
71, 72: Kontaktarme
73: Kontaktstück, Schaltstück
74, 75: Strombahnen
76, 77: Anschlüsse
78: Stromseilanschluss
79: Stromseil
B: bogenförmige Kontur
F: Spannkraft
G: gerades Flächenstück, Fläche
N: Neigungskipppunkt
P: Fußpunkt
R: Sperrstufe
S0: Ausschaltstellung
S1: Einschaltstellung
ST: Ausgelöst-Stellung, Trip-Stellung
SZ1: erste Zwischenschaltstellung
SZ2: zweite Zwischenschaltstellung
V: Verklinkungsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0555158 A1 [0004]

Claims

Schaltmechanismus für ein Schaltgerät (2), insbesondere für einen Niederspannungs-Leistungsschalter, welcher aufweist – zumindest ein in einem Schaltwellensegment (6) drehbar gelagertes, in einem Fehlerfall automatisch ausschaltbares Kontaktglied (3), – einen Schalthebel (10) zum manuellen Aus- und Wiedereinschalten des Kontaktgliedes (3) mit einem um einen ortsfesten Lagerpunkt (14) kippbaren Schaltbügel (12), – einen ortfest schwenkbar gelagerten Spannhebel (40) für den Schaltmechanismus, wobei der Spannhebel (40) ein gegenüberliegendes Ende (42) mit einer Sperrstufe (R) sowie eine Steuerkurvenfläche (S) aufweist, die mit einem vom Schalthebel (10) angetriebenen Spannbolzen (15) zusammenwirkt, – eine ortsfest schwenkbar gelagerte, vorgespannte Verklinkung (50) mit einer Sperrklinke (53), welche zum Verklinken mit der Sperrstufe (R) des Spannhebels (40) kurz vor Erreichen einer manuellen Ausschalt- und Wiedergespanntstellung (S0) des Schalthebels (10) ausgebildet ist und – eine Entriegelung (60) zum Entriegeln des verklinkten Spannhebels (40), wobei die Entriegelung (60) hierzu eine mit einer Entklinkungssperre (54) der Verklinkung (50) zusammenwirkende Sperrenentriegelung (63) aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Verklinkung (50) einen Haltebügel (52) aufweist, welcher den Spannbolzen (15) beim Verklinken der Sperrklinke (53) mit der Sperrstufe (R) am Spannhebelende (42) schwenkend umgreift, um dadurch den Schalthebel (10) in der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung (S0) zu fixieren, und – dass die Entklinkungssperre (54) mit der Verklinkung (50) verschwenkbar ist, sodass ein Entriegeln der Entklinkungssperre (54) über die Verriegelung (60) des Schaltmechanismus nicht mehr möglich ist.
Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklinkung (50) und der Spannhebel (40) derart geometrisch aufeinander abgestimmt sind, dass der Haltebügel (52) den Spannhebel (40) beim Verklinken des Spannhebels (40) kräftemäßig entlastet.
Schaltmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Spannbolzen (15) umgreifende Haltebügel (52) bei einer Betätigungsbewegung des Schalthebels (10) von der Ausschalt- und Wiedergespanntstellung (S0) in Richtung einer Einschaltstellung (S1) wieder niederdrückbar ist und dass die Sperrklinke (53) durch die damit verbundene Verschwenkung der Verklinkung (50) von der Sperrstufe (R) auf eine weiter außenliegende, abgeschrägte Verklinkungsfläche (V) absetzbar ist.
Schaltmechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklinkungsfläche (V) derart abgeschrägt ist, dass die dort abgesetzte Sperrklinke (53) wegen der anstehenden Spannkraft des Spannhebels (40) an der Sperrklinke (53) bei einer automatischen Auslösung über eine Verschwenkung der Entriegelung (60) und einer damit verbundenen Verschwenkung der Sperrenentriegelung (63) nach außen verschiebbar ist, sodass der Spannhebel (40) freigebbar und der Schaltmechanismus zum Öffnen des Schaltgliedes (3) entspannbar ist.
Schaltmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbolzen (15) eine im Schaltbügel (12) drehbar gelagerte Laufrolle ist.
Schaltmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch – ein Kniehebelgelenk (30), bestehend aus einer Koppellasche (20), einem Schwenkhebel (31) und einer diese verbindenden Kniehebelgelenkachse (32), wobei das andere Koppellaschenende mit dem Kontaktglied (3) und das andere Schwenkhebelende (31) mit dem Spannhebel (40) verbunden ist, und – ein zwischen der Kniehebelgelenkachse (32) und dem Schalthebel (10) eingebrachtes Federelement (25), – sodass der Schalthebel (10) drei Schaltstellungen (S1, S0, ST) einnehmen kann, und zwar die Einschaltstellung (S1), in welcher das Federelement (25) das Kniehebelgelenk (30) in eine Streckstellung bringt, die manuelle Ausschalt- und Wiedergespanntstellung (S0), oder die Ausgelöststellung (ST), in welcher das Federelement (25) das Kniehebelgelenk (30) in eine Ausknickstellung bringt.
Schaltmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklinkung (50) ein Stanz-/Biegeteil ist.
Schaltgerät mit einem in einem Isolierstoffgehäuse (5) aufgenommenen, doppelt oder einfach unterbrechenden Drehkontaktsystem, welches zwei Festkontakte (4) zum Anschließen an jeweils eine Strombahn (74, 75) sowie ein in einem Schaltwellensegment (6) drehbar gelagertes, mit zumindest einem der Festkontakte (4) zusammenwirkendes Kontaktglied (3) aufweist, wobei das Kontaktglied (3) in einem Fehlerfall über einen Schaltmechanismus (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche automatisch ausschaltbar ist.
Schaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt ist.
Schaltgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät je Pol zwei oder mehrere parallelgeschaltete Kontakthebel mit jeweils einem oder zwei Kontaktarmen (71, 72) als Kontaktglied (3) aufweist.