DE19730949A1 - Elektrisches Schaltgerät mit einem stößelartigen Antriebsorgan - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät mit einem stößelartigen Antriebsorgan nach Anspruches 1. Sie betrifft insbesondere elektrische Schaltgeräte, in denen betriebsmäßig hohe Massen bewegt werden, beispielsweise in Sicherheits­ schaltern mit elektromagnetischer Verriegelungsvorrichtung oder in elektromagnetischen Schützen.

Nach DE 34 30 090 C2 ist ein Sicherheitsschalter bekannt mit einem längsverschieblichen Schaltstößel für Kontaktelemente, einem Betätigungsorgan mit einer Verriegelungsbohrung, an der eine vorgespannte Feder das eine Schaltstößelende in Anlage hält, einem schlüsselartigen Betätigungselement, mittels dessen das Betätigungsorgan sowohl beim Einführen in einen Betätigungskanal als auch beim Herausziehen zwangsläufig betätigbar ist, und mit einer elektromagnetischen Verriege­ lungsvorrichtung, deren Statorteil im Gehäuse des Sicherheits­ schalters festgelegt ist. Durch einen senkrecht zum Schalt­ stößel bewegbaren Verriegelungsstößel ist des Betätigungs­ element gegen ein Herausziehen aus dem Betätigungungskanal sicherbar, indem der Verriegelungsstößel als Anker des ihn umfassenden Statorteils ausgebildet ist. Ein Sicherheits­ schalter nach DE 43 28 297 C1 unterscheidet sich von dem vorgenannten im wesentlichen dadurch, daß als Betätigungsorgan ein Schaltrad mit einer Verriegelungskurve dient, an der eine vorgespannte Feder das eine Schaltstößelende in Anlage hält und ein Abschnitt des Schaltstößels als Anker der elektro­ magnetischen Verriegelungsvorrichtung ausgebildet ist. Von Nachteil ist, daß unter der Einwirkung äußerer Schocks, beispielsweise von Schlägen, im verriegelten Zustand dieser Schaltgeräte das Verriegelungsorgan kurzzeitig in die ent­ riegelnde Richtung schnellen kann. Das führt dann dazu, daß ein Sicherheitsrisiko darin besteht, daß zum einen die mit dem Betätigungselement verbundene Schutzabdeckung kurzzeitig geöffnet werden kann und daß zum anderen die mit dem Verriege­ lungsstößel oder Schaltstößel verbundenen Kontaktelemente, welche die Verriegelung zwangsläufig überwachen, kurzzeitig ihren Schaltzustand ändern und falsche Signale bzw. gefähr­ liche Fehlsignale liefern.

Eine Verriegelungsvorrichtung für ein elektromagnetisches Schaltgerät nach DE 35 24 526 A1 weist einen Verriegelungs­ hebel auf, der durch eine Rückstellkraft gegen einen Anschlag anlegbar ist. Im Ruhezustand steht eine Endfläche des Verrie­ gelungshebels einer Arbeitsfläche gegenüber, die an einem den Klappanker des Magnetantriebes tragenden Antriebshebel ange­ bracht ist. Bei der Erregung des Magnetantriebes wird der aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehende Verriegelungs­ hebel um sein Lager geschwenkt und dadurch seine Endfläche aus dem Bereich der Arbeitsfläche gebracht. Das Schaltgerät kann dann normal einschalten. Der Verriegelungshebel verbleibt dagegen in seiner Ruhelage und verhindert eine Betätigung des Schaltgerätes, wenn Störkräfte auftreten, wie z. B. Stöße und Erschütterungen. Bei einem elektromagnetischen Relais nach DE 38 06 807 A1 soll ein Abheben des Klappankers von seiner Lagerstelle bei Stoßbewegungen oder hohen Beschleunigungen vermieden werden. Aus der an Jochabschnitten befestigten Blattfeder sind durch einen U- oder zwei L-förmige Ausschnitte eine bzw. zwei Laschen entstanden oder in die entsprechenden Ausschnitte Einzellaschen eingesetzt. Die Laschen überdecken jeweils einen Abschnitt der Lagerkante und sind am Ende abgewinkelt. Die abgewinkelten Teile halten den Anker sicher und verhindern das Abheben insbesondere in Richtung senkrecht zur Ebene des Ankers. Diese beiden letztgenannten Lösungen sind allerdings nur für elektromagnetische Schaltgeräte mit einem als Klappanker ausgeführten Antriebsorgan anzuwenden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schock­ sicherung anzugeben, die für stößelartige Antriebsorgane elektrischer Schaltgeräte anwendbar ist.

Ausgehend von ein elektrischen Schaltgerät der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während den Unteransprüchen vorteilhafte Ausgestaltungen zu entnehmen sind.

Bei einem äußeren Schock bewegt sich der Dämpfungsblock gegen die Kraft der Dämpfungsfedern. Dabei werden die Zwischen­ elemente über die schräg zulaufende Seitenwand der im Dämp­ fungsblock ausgebildeten Innennut nach innen gegen die im Antriebsorgan ausgebildete Außennut gedrückt. Das ebenfalls vom Schock beschleunigte Antriebsorgan kann nur noch eine unerhebliche Bewegung ausführen, da die vom Anschlagelement gestützten Zwischenelemente das Antriebsorgan über seine ebenfalls schräg zulaufende Außennut bremst. Diese Schock­ sicherung ist so auszulegen, daß bei Schockeinwirkung das System aus Dämpfungsblock und Dämpfungsfedern schneller als das System aus Antriebsorgan und Rückstellfeder anspricht. Die normale Schaltbewegung des Antriebsorgans kann unbeeinflußt von der Schocksicherung in allen Gebrauchslagen des Schalt­ gerätes ausgeübt werden. Die schräg zulaufenden Seitenwand der Außennut des Antriebsorgans schiebt dabei gegebenenfalls in der Außennut verbliebene Zwischenelemente in die Innennut des Dämpfungsblockes, der damit gegenüber dem Antriebsorgan keine Wirkung ausüben kann. Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß die Schocksicherung nur wenige konstruktive Elemente erfordert und bestehende Anordnungen einfach dahingehend verbessert werden können.

Zweckmäßige Ausgestaltungen bestehen darin, daß Außennut und Innennut ringförmig oder polygonal ausgebildet sind und als Zwischenelemente Kugeln bzw. Walzen verwendet werden.

Die Zuverlässigkeit der Schocksicherung förderlich ist es, wenn eine Anschlagfläche des Anschlagelementes und entspre­ chende Seitenwände von Außennut und Innennut im Ruhezustand in einer Ebene liegen und wenn die Dämpfungsfedern als Druck­ federn zentrisch um das Antriebsorgan verteilt angeordnet sind.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßes elektrisches Schaltgerät im Längsschnitt;

Fig. 2 ein vergrößerter Detailschnitt nach Fig. 1 bei verriegeltem Schaltgerät ohne Schockeinwirkung;

Fig. 3 der gleiche Detailschnitt bei verriegeltem Schalt­ gerät unter Schockeinwirkung;

Fig. 4 der gleiche Detailschnitt bei entriegeltem Schalt­ gerät ohne Schockeinwirkung;

Fig. 5 ein vergrößerter Detailschnitt nach Fig. 2.

Nach Fig. 1 besitzt das als Sicherheitsschalter ausgebildete Schaltgerät 2 ein stößelartiges Antriebsorgan 4, das in einem Gehäuse 6 gegen eine Rückstellfeder 8 längsverschieblich gelagert und für Kontaktelemente 10 vorgesehen ist. Mit einem schlüsselartigen Betätigungselement 12 ist ein Betätigungs­ organ 14 sowohl beim Einführen in einen Betätigungskanal 16 als auch beim Herausziehen zwangsläufig betätigbar. Das Betätigungsorgan 14 ist als Schaltrad mit einer Verriegelungs­ kurve 18 ausgebildet, an der die Rückstellfeder 8 das eine Ende 20 des Antriebsorgans 4 in Anlage hält. Ein mittlerer Abschnitt des Antriebsorgans 4 ist als Anker 22 einer elektro­ magnetischen Verriegelungsvorrichtung mit einer Magnetspule 24 ausgebildet, die konzentrisch um die Längsachse 26 des Antriebsorgans 4 festgelegt ist. Im Beispiel ist bei entregter Magnetspule 24 das Betätigungsorgan 14 über das Antriebsorgan 4 verriegelt, wodurch das Betätigungselement 12 gegen ein Herausziehen aus dem Betätigungungskanal 16 gesichert ist. Bei erregter Magnetspule 24 wird der Anker 22 entgegen der Kraft­ wirkung der Rückstellfeder 8 in Pfeilrichtung P weiter in die Magnetspule 24 hineingezogen, wodurch das eine Ende 20 des Antriebsorgans 4 außer Eingriff mit der Verriegelungskurve 18 des Betätigungsorgans 14 gelangt, das nunmehr zum Herausziehen des Betätigungselementes 12 entriegelt ist. Für andere Anwen­ dungsfälle ist es zweckmäßig, wenn die Verriegelung bei erregter Magnetspule 24 und die Entriegelung bei entregter Magnetspule 24 stattfindet. Für diese Anwendungsfälle ist die Wirkungsrichtung der Rückstellfeder 8 gegebenenfalls umzu­ kehren.

Durch äußere Schockeinwirkungen kann das Antriebsorgans 4 in Pfeilrichtung p beschleunigt werden, was zu einer zeitweisen Entriegelung des Betätigungsorgans 14 und zu Fehlmeldungen über die Kontaktelemente 10 führen würde, wenn das Schaltgerät nicht mit einer Schocksicherung 28 ausgestattet wäre, wie sie im folgenden mittels der Fig. 2 bis 5 näher beschrieben wird.

Die Schocksicherung 28 enthält einen zentrisch um das Antriebsorgan 4 angeordneten Dämpfungsblock 30, der axial sowie in der durch Schockeinwirkungen zu verhindernden Bewe­ gungsrichtung des Antriebsorgans 4 (Pfeilrichtung P) gegen Dämpfungsfedern 32 beweglich im Gehäuse 6 gelagert ist. Die als Druckfedern ausgebildeten Dämpfungsfedern 32 sind zen­ trisch um das Antriebsorgan 4 verteilt und stützen sich zwischen einer ersten Querwand 34 des Gehäuses 6 und dem Dämpfungsblock 30 ab. Durch die Kraftwirkung der Dämpfungs­ federn 32 liegt der Dämpfungsblock 30 in seiner Ruhelage an einer zweiten Querwand 36 des Gehäuses 6 an. Der Dämpfungs­ block 30 weist eine ringförmige radiale Innennut 38 auf. Das Antriebsorgan 4 ist mit einer ringförmigen radialen Außennut 40 versehen. Ein zentrisch um das Antriebsorgan 4 angeordnetes Anschlagelement 42 stützt sich innerhalb der ersten Querwand 34 im Gehäuse 6 entgegen der durch Schockeinwirkungen zu verhindernden Bewegungsrichtung des Antriebsorgans 4 ab. Durch die Innennut 38, die Außennut 40 und das Anschlagelement 42 wird ein käfigartiger Zwischenraum 44 gebildet. In dem Zwi­ schenraum 44 sind kugelförmige Zwischenelemente 46 verteilt, von denen zwei gegenüberliegende dargestellt sind. Der Durch­ messer d der Zwischenelemente 46 ist kleiner als der radiale Abstand a zwischen den Grundflächen 48 und 50 von Innennut 38 und Außennut 40. Anderseits ist der Halbmesser d/2 der Zwi­ schenelemente 46 größer als die jeweilige radiale Tiefe t1 bzw. t2 von Innennut 38 und Außennut 48 bemessen. Die dem Anschlagelement 42 schräg gegenüberstehenden Seitenwände 52 bzw. 54 von Innennut 38 und Außennut 40 laufen dachförmig aufeinander zu. Die den schräg verlaufenden Seitenwänden 52, 54 gegenüberliegenden Seitenwände 56, 58 von Innennut 38 und Außennut 40 bilden mit einer Anschlagfläche 60 des Anschlag­ elementes 42 im Ruhezustand von Antriebsorgan 4 und Dämpfungs­ block 30 im wesentlichen eine sich senkrecht zur Längsachse 26 des Antriebsorgans 4 erstreckende Ebene.

Beim Auftreten einer Schockeinwirkung wird der Dämpfungsblock 30 gemäß Fig. 3 entgegen der Kraftwirkung der Dämpfungsfedern 32 in Pfeilrichtung p beschleunigt. Dadurch werden die Zwi­ schenelemente 46 durch die schräge Seitenwand 52 der Innennut 38 in Richtung Längsachse 26 gedrängt. Das Antriebsorgan 4 des gegenüber dem aus Dämpfungsblock 30 und Dämpfungsfedern 32 bestehenden trägeren Systems aus Antriebsorgan 4 und Rück­ stellfeder 8 wird nachfolgend durch die Zwischenelemente 44, die sich an die schräge Seitenwand 54 der Außennut 40 anlegen und sich gegen die Anschlagfläche 60 abstützen, in einer erheblichen Bewegung in Pfeilrichtung P gebremst. Damit wird eine fehlerhafte Entriegelung des Betätigungsorgans 14 und/oder eine Fehlbetätigung des Kontaktelementes 10 verhin­ dert. Für das Auftreten der Bremswirkung ist das oben ange­ gebene Verhältnis von Halbmesser d/2 und Tiefe t1 sowie t2 von grundlegender Bedeutung.

Das Betätigungsorgan 14 kann unter ungestörten Bedingungen gemäß Fig. 4 in Pfeilrichtung betätigt bzw. entriegelt werden. Dabei werden die Zwischenelemente 42 über die schräge Seiten­ wand 54 der Außennut 40 des Antriebsorgans 4 soweit in die Innennut 38 des im Ruhezustand verharrenden Dämpfungsblockes 30 verdrängt, daß das Antriebsorgan 4 ungehindert in Pfeil­ richtung P weiterbewegt werden kann. Dafür ist das oben angegebene Verhältnis von Durchmesser d und Abstand a von grundlegender Bedeutung.

Die Innennut 38 und die Außennut 40 können auch um die Längs­ achse 26 polygonal, beispielsweise quadratisch verlaufend, ausgelegt sein. In diesem Falle empfiehlt sich die Verwendung von walzenförmigen Zwischenelementen 42, von denen in den Figuren zwei Zwischenelemente im Querschnitt dargestellt zu denken sind.

Bezugszeichenliste

2

Schaltgerät

4

Antriebsorgan

6

Gehäuse

8

Rückstellfeder

10

Kontaktelemente

12

Betätigungselement

14

Betätigungsorgan

16

Betätigungskanal

18

Entriegelungskurve

20

Ende des Antriebsorgans

22

Anker

24

Magnetspule

26

Längsachse des Antriebsorgans

28

Schocksicherung

30

Dämpfungsblock

32

Dämpfungsfeder

34

;

36

Querwand

38

Innennut

40

Außennut

42

Anschlagelement

44

Zwischenraum

46

Zwischenelement

48

;

50

Grundfläche

52

. . .

58

Seitenwand

60

Anschlagfläche
a Abstand
d Durchmesser
P Pfeilrichtung
t1; t2 Tiefe

Claims (5)

1. Elektrisches Schaltgerät mit einem stößelartigen Antriebsorgan, das in einem Gehäuse (6) gegen mindestens eine Rückstellfeder (8) längsverschieblich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein zentrisch um das Antriebsorgan (4) angeordneter Dämpfungsblock (30) axial sowie in der durch Schockein­ wirkungen zu verhindernden Bewegungsrichtung (Pfeil­ richtung P) des Antriebsorgans (4) gegen Dämpfungs­ federn (32) beweglich im Gehäuse (6) gelagert ist;
• - eine radiale Innennut (38) des Dämpfungsblockes (30), eine radiale Außennut (40) des Antriebsorgans (4) und ein zentrisch um das Antriebsorgan (4) angeordnetes Anschlagelement (42), das sich ortsfest gegen das Gehäuse (6) entgegen der durch Schockeinwirkungen zu verhindernden Bewegungsrichtung (Pfeilrichtung P) des Antriebsorgans (4) abstützt, einen käfigartigen Zwi­ schenraum (44) bilden;
• - in dem Zwischenraum (44) rotationssymmetrische Zwi­ schenelemente (46) verteilt sind, deren Durchmesser (d) kleiner als der Abstand (a) zwischen den Grundflächen (48; 50) von Innennut (38) und Außennut (40) ist und deren Halbmesser (d/2) größer als die jeweilige Tiefe (t1; t2) von Innennut (38) und Außennut (40) ist;
• - die dem Anschlagelement (42) gegenüberstehenden Seiten­ wände (52; 54) von Innennut (38) und Außennut (40) dachförmig aufeinander zulaufen.

2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - Innennut (38) sowie Außennut (40) ringförmig ausgebil­ det sind und
• - als Zwischenelemente (46) Kugeln vorgesehen sind.

3. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - Innennut (38) sowie Außennut (40) polygonal ausgebildet sind und
• - als Zwischenelemente (46) quer zur Bewegungsrichtung (Pfeilrichtung P) des Antriebsorgans (4) ausgerichtete Walzen vorgesehen sind.

4. Elektrisches Schaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den schräg verlaufenden Seitenwänden (52; 54) gegenüberliegenden Seitenwände (56; 58) von Innennut (38) und Außennut (40) sowie einer Anschlagfläche (60) des Anschlagelementes (42) im Ruhezustand von Antriebsorgan (4) und Dämpfungs­ block (30) im wesentlichen eine sich senkrecht zur Bewe­ gungsrichtung (Pfeilrichtung P) des Antriebsorgans (4) erstreckende Ebene bilden.

5. Elektrisches Schaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die als Druckfedern ausgebildeten Dämpfungsfedern (32) zentrisch um das Antriebsorgan (4) verteilt zwischen dem Gehäuse (6) sowie dem Dämpfungsblock (30) abstützen.