DE3872955T2

DE3872955T2 - Steuermechanismus eines elektrischen kleinschalters.

Info

Publication number: DE3872955T2
Application number: DE8888401151T
Authority: DE
Inventors: William Bartolo; Michel Lazareth
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2008-05-12
Also published as: YU109388A; EP0295158A1; JP2735565B2; CN88103427A; TNSN88051A1; AU607227B2; HK41895A; US4916420A; JPS63313445A; ZA883640B; PT87685B; CA1327625C; CN1018684B; IN171389B; DE3872955D1; ES2034301T3; FR2616583A1; YU47468B; FR2616583B1; EP0295158B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltmechanismus für einen Klein-Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse sowie einem feststehenden und einem beweglichen Kontakt, wobei der genannte bewegliche Kontakt von einem durch den Schaltmechanismus betätigten Kontakthebel getragen wird, bestehend aus: - einem handbetätigten Antriebshebel, der zusammen mit einer Kupplungsstange ein Kniegelenk bildet, - einem auf einer Schwenkachse einer Drehscheibe gelagerten Trägerhebel des Kontakthebels, wobei durch eine Kontaktdruckfeder eine geringe relative Schwenkbewegung zwischen der Drehscheibe und dem Trägerhebel ermöglicht wird, - einer zwischen der Drehscheibe und der Kupplungsstange angeordneten lösbaren mechanischen Verbindung - und einem schwenkbar auf der Drehscheibe gelagerten Auslösehebel, der durch den Auslöser betätigt wird, um im Fehlerfall die Unterbrechung der genannten mechanischen Verbindung zu bewirken, so daß die automatische Auslösung des Schaltmechanismus unabhängig vom Antriebshebel herbeigeführt wird.
Ein derartiger Mechanismus ist aus der EP-A-224.396 bekannt, bei dem die lösbare mechanische Verbindung aus einer in die Drehscheibe eingeformten Kerbe besteht, die in der Gespannt-Stellung des Schaltmechanismus direkt mit dem zylindrischen Ende der Kupplungsstange zusammenwirkt. Ein solcher Mechanismus eignet sich ausgezeichnet für Leistungsschalter mit kleinen Nennströmen, bei höheren Nennströmen wäre die erforderliche Auslösekraft zur Unterbrechung der mechanischen Verbindung jedoch zu hoch und ließe sich nur durch eine Überdimensionierung des Schalters erreichen, was jedoch aufgrund der geringen Gehäuseabmessungen nicht möglich ist.
Bei den Varianten gemäß EP-A-144.691, DE-A-1.904.731 und DB U-7500060 wirken eine Zwischenklinke und der Auslösehebel des Schaltmechanismus in einer Schwenkbewegung direkt auf den Kontakthebel. Eine solche Lösung erfordert eine hohe Präzision der Einzelteile des Mechanismus, um einen guten Kontaktdruck zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vereinfachung eines Schaltmechanismus für Klein-Leistungsschalter zu erreichen, der durch eine verringerte Auslösekraft sowie einen guten Kontaktdruck gekennzeichnet ist.
Der erfindungsgemäße Schaltmechanismus ist dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare mechanische Verbindung durch eine Rastkerbe am Auslösehebel gebildet wird, die mit einem schwenkbar um eine Achse der Drehscheibe gelagerten Mitnehmerhaken zusammenwirkt, und daß die Kopplung zwischen der Kupplungsstange und dem Haken über ein zwischen der Achse der Drehscheibe und der Nase des genannten Hakens angeordnetes Zwischengelenk erfolgt.
Das Zwischengelenk verschiebt sich bei Auslösung in einem Langloch, wobei dieses Blind- oder Durchgangs-Langloch vorteilhaft als ein um die Achse des Mitnehmerhakens geführter Kreisausschnitt ausgebildet ist.
Die mechanische Verbindung mit dem Mitnehmerhaken stellt in der kinematischen Auslösekette des Schaltmechanismus eine Untersetzungsstufe dar, die eine Verringerung der Auslösekraft bei Ansprechen des magnetothermischen Auslösers ermöglicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Verbindung zwischen dem Bimetall und dem Auslösehebel als Umlenkbügel mit unidirektionaler Kraftübertragung ausgeführt, um eine reibungsfreie starre kinematische Verbindung mit dem Auslösehebel zu bilden, wenn das Bimetall im Falle einer thermischen Auslösung auf den Umlenkbügel wirkt, wobei die genannte kinematische Verbindung automatisch unterbrochen wird, wenn die Drehscheibe in die Ausschaltstellung der Kontakte verschoben wird oder der Schlagbolzen im Falle einer magnetischen Auslösung auf den Auslösehebel wirkt.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wirkt der Mitnehmerhaken des Schaltmechanismus nach der Auslösung mit einem in den Auslösehebel eingeformten Verklinkungsansatz zusammen, so daß der Haken in einer Fehlermeldestellung festgehalten wird.
Dabei sind zwei Fehlermeldungen nach einer Auslösung möglich: - die direkte Anzeige durch eine Markierung am Mitnehmerhaken, die hinter einem Sichtfenster im Gehäuse erscheint, - eine Anzeige durch den Antriebshebel, der nach einer Auslösung und Verriegelung des Mitnehmerhakens im Verklinkungsansatz durch die Kupplungsstange sicher in einer stabilen Zwischenlage zwischen Ein- und Ausschaltstellung arretiert wird, wobei die nichtautomatische Rückstellung des Schaltmechanismus durch manuelles Umlegen des Antriebshebels von der Zwischenstellung in die Ausschaltstellung erfolgt, so daß einerseits die mechanische Verbindung zwischen dem Antriebshebel und der Drehscheibe wiederhergestellt und andererseits die Fehlermeldung rückgesetzt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus der nachstehenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor, die in den beigefügten Zeichnungen wie folgt dargestellt sind:
Fig. 1 zeigt die schematische Ansicht der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus mit dem Leistungsschalter in Einschaltstellung;
Fig. 2 entspricht Fig. 1 mit dem Leistungsschalter in Ausschaltstellung;
Fig. 3 entspricht Fig. 1 mit dem Schaltmechanismus in Ausgelöst-Stellung und dem Antriebshebel in der stabilen Zwischenlage;
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante des Schaltmechanismus mit Ausgelöst-Anzeige.
Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Typ eines Schaltmechanismus 10 eines Klein-Leistnngsschalters mit Isolierstoffgehäuse 12 ist in der europäischen Patentanmeldung EP-A-224.396 des Anmelders beschrieben. Der Schaltmechanismus 10 wirkt auf einen beweglichen Kontakthebel 14, an dessen freiem Ende ein Kontaktstück 16 angebracht ist, das mit einem feststehenden Kontakt 18 zusammenwirkt. An der Frontseite 22 des Gehäuses 12 ist eine Öffnung 20 zur Durchführung eines Antriebshebels 24 ausgebildet, der auf einer Achse 26 schwenkbar gelagert ist und zwischen zwei Anschlägen entsprechend einer Einschaltstellung (Fig. 1), in der die Kontakte 16, 18 geschlossen sind, und einer Ausschaltstellung (Fig. 2), in der die Kontakte getrennt sind, hin- und herbewegt werden kann. Der Antriebshebel 24 weist an seiner im Gehäuseinnern liegenden Unterseite einen Ansatz auf, der mit einer Kupplungsstange 28 zur Bildung eines Kniegelenks 30 verbunden ist, dessen Gelenkzapfen 32 gegenüber der feststehenden Achse 26 des Antriebshebels 24 versetzt angeordnet ist.
Auf den Antriebshebel 24 wirkt durch eine (nicht dargestellte) Rückholfeder eine Kraft entlang einer trigonometrischen Bahn in Richtung der Ausschaltstellung. Der feststehende Kontakt 18 ist fest mit dem Gehäuse des elektromagnetischen Auslösers verbunden, von dem lediglich der Schlagbolzen 34 in den Zeichnungen dargestellt ist. Der Kontakthebel 14 ist an einem Isolierstoff- Trägerhebel 36 befestigt, der drehbar auf einer Schwenkachse 38 einer Drehscheibe 40 gelagert ist. In der Schließstellung der Kontakte 14, 16 ermöglicht eine auf der Schwenkachse 38 angebrachte (nicht dargestellte) Kontaktdruckfeder eine kurze relative Schwenkbewegung zwischen der Drehscheibe 40 und dem Trägerhebel 36.
Ein durch den Schlagbolzen 34 des elektromagnetischen Auslösers bzw. das Bimetall 44 des thermischen Auslösers beaufschlagter Auslösehebel 42 ist schwenkbar um eine auf der Drehscheibe 40 befestigte und in bezug auf die Schwenkachse 38 um ein bestimmtes Maß versetzte Achse 46 gelagert.
Zwischen der Kupplungsstange 28 und die den Kontakthebel 14 mitführende Drehscheibe 40 ist eine lösbare mechanische Verbindung 48 angeordnet. In der Verriegelungsstellung erlaubt die Verbindung 48 eine manuelle Betätigung des Schaltmechanismus 10 mit Hilfe des Antriebshebels 24. Die durch den Auslöser bewirkte Verschiebung des Auslösehebels 42 in die Ausgelöst-Stellung hat eine sofortige Unterbrechung der mechanischen Verbindung 48 und damit eine automatische Auslösung des Schaltmechanismus 10 unabhängig vom Antriebshebel 24 zur Folge. Der Auslösehebel 42 ist mit einer (nicht dargestellten) Rückholfeder verbunden, die eine automatische Wiederherstellung der mechanischen Verbindung 48 bewirkt, wenn der Antriebshebel 24 aufgrund einer Fehlerauslösung des Schaltmechanismus 10 in die Ausschaltstellung überführt wird.
Die Funktionsweise eines solchen Mechanismus ist unter Fachleuten bekannt und soll daher nicht näher erläutert werden.
Die lösbare mechanische Verbindung weist erfindungsgemäß einen Mitnehmerhaken 50 auf, der schwenkbar auf einer Achse 52 der Drehscheibe 40 gelagert ist. Die gegenüber der Achse 52 am Mitnehmerhaken 52 ausgebildete Nase wirkt dabei in der Verriegelungsstellung der Verbindung 48 mit einer in den oberen Arm des Auslösehebels 42 eingeformten Rastkerbe 54 zusammen.
Die Kupplungsstange 28 ist mit dem Mitnehmerhaken 50 über ein Zwischengelenk 56 verbunden, das sich bei Auslösung in einem Langloch 58 der Drehscheibe 40 verschieben kann. Das Langloch 58 ist als Blind- oder Durchgangsloch ausgeführt und beschreibt einen um die Achse 52 geführten Kreisbogen. Das Zwischengelenk 56 ist zwischen der Achse 52 und der Nase des Mitnehmerhakens 50 angeordnet. Die mechanische Verbindung 48 stellt innerhalb der kinematischen Kette des Schaltmechanismus 10 eine Untersetzungsstufe dar, die eine Verringerung der vom magnetothermischen Auslöser aufgebrachten Auslösekraft erlaubt.
Das Bimetall 44 des thermischen Auslösers wirkt über einen unidirektional wirkenden Umlenkbügel 60 mit dem Auslösehebel 42 zusammen (siehe Fig. 1 und 2). Der als Kniehebel ausgeführte Umlenkbügel 60 ist mit einem Ende an einem Gelenkpunkt 62 frei drehbar mit dem unteren Arm des Auslösehebels 42 verbunden. Der abgeknickte Mittelteil des Umlenkbügels liegt auf einem Zapfen 64 des Auslösehebels 42 auf, so daß dieser in die Ausgelöst-Stellung überführt wird, wenn sich das Bimetall 44 aufgrund eines Überlaststroms im Pol nach rechts biegt. Während dieser thermischen Auslösung stellt der Umlenkbügel 60 eine starre kinematische Verbindung zwischen dem Bimetall 44 und dem Auslösehebel 42 dar. Da keine störenden Reibungseffekte zwischen dem Umlenkbügel 60 und dem Auslösehebel 42 auftreten, kann die vom Bimetall 44 aufgebrachte Auslösekraft erheblich verringert werden. Der Gelenkpunkt 62 ist zwischen dem Zapfen 64 und der Drehachse 46 des Auslösehebels 42 angeordnet.
Bei manueller oder automatischer Überführung des Schaltmechanismus 10 in die Ausschaltstellung kann das dem Gelenkpunkt 62 gegenüberliegende Ende 66 des Umlenkbügels 60 gegen einen Vorsprung des Gehäuses 12 stoßen, so daß die kinematische Verbindung mit dem Auslösehebel 42 unterbrochen wird. Die Drehscheibe 40 kann auf einer trigonometrischen Bahn um die Achse 38 verschwenkt werden, und der Zapfen 64 hebt sich vom Mittelteil des Umlenkbügels 60 ab (Fig. 2). Dabei wird deutlich, daß bei einer starren Verbindung zwischen dem Umlenkbügel 60 und dem Auslösehebel 42 ein vollständiges Öffnen des Schaltmechanismus unmöglich wäre.
Als Gelenkpunkt 62 des Umlenkbügels 60 könnte selbstverständlich auch die Drehachse 46 des Auslösehebels 42 dienen.
Bei einer magnetischen Auslösung aufgrund eines Kurzschlusses wirkt der Schlagbolzen 34 des elektromagnetischen Auslösers auf den unteren Arm des Auslösehebels 42, um eine Entriegelung des Mitnehmerhakens 50 durch Lösen aus der Rastkerbe 54 zu bewirken. Der Auslösehebel 42 wird dabei auf einer trigonometrischen Bahn in die Ausgelöst-Stellung überführt, ohne daß der Umlenkbügel 60 für die thermische Auslösung irgendeine Abbremsung bewirkt, da er aufgrund seiner unidirektional ausgeführten Verbindung mit dem Bimetall 44 in seiner Stellung verharrt.
Fig. 3 zeigt den Schaltmechanismus nach Auslösung aufgrund eines Fehlers, wobei der Antriebshebel 24 gegen die Wirkung der Rückholfederkraft von Hand in der rechten Stellung gehalten wird. Diese Stellung des Antriebshebels 24 stimmt mit der Schließstellung in Fig. 4 überein, die Kupplungsstange 28 erlaubt allerdings keine Wiederherstellung der mechanischen Verbindung 48 durch den Mitnehmerhaken 50 und die Rastkerbe 54 des Auslösehebels 42, so daß der Mechanismus in der Ausgelöst-Stellung verharrt. Die mechanische Verbindung 48 wird automatisch wiederhergestellt, sobald durch Wegfall der manuellen Krafteinwirkung auf den Antriebshebel 24 die Verriegelung gelöst wird.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Variante des Schaltmechanismus 100 werden die gleichen Kennziffern verwendet wie für die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten entsprechenden Einzelteile des Schaltmechanismus 10. Neben den beiden Endlagen für die Ein- und Ausschaltstellung kann der Kipphebel 24 hier nach thermischer oder magnetischer Auslösung eine zusätzliche stabile Zwischenlage einnehmen (Fig. 4). Der Auslösehebel 42 weist einen Verklinkungsansatz 102 auf; der nach dem Auslösen und der Unterbrechung der mechanischen Verbindung 48 den Mitnehmerhaken 50 arretieren kann. Gegenüber der Nase befindet sich eine farbige Markierung 104, die dazu dient, die Ausgelöst-Stellung des Mitnehmerhakens 50 durch ein in der Frontseite 22 des Gehäuses 12 ausgespartes Sichtfenster 106 anzuzeigen. Die Arretierung des Mitnehmerhakens 50 durch den Verklinkungsansatz 102 erlaubt die Daueranzeige des Fehlers sowohl durch das Sichtfenster 106 als auch durch die stabile Zwischenstellung des Antriebshebels 24. Die Fehlermeldefunktion ist auf diese Weise in den Leistungsschalter integriert.
Das nichtautomatische Wiederspannen des Schaltmechanismus 100 erfolgt durch manuelle Überführung des Antriebshebels 24 entlang einer trigonometrischen Bahn von der Zwischenstellung in die Ausschaltstellung (siehe Pfeil R), wodurch die mechanische Verbindung 48 zwischen dem Antriebshebel 24 und der Drehscheibe 40 wiederhergestellt und die Rückkehr des Schaltmechanismus 100 in die Ausschaltstellung des Schalters gemäß Fig. 2 bewirkt wird. Die Fehlermeldung ist aufgehoben, und der Schalter kann durch Umlegen des Antriebshebels in die Einschaltstellung (Fig. 1) wieder geschlossen werden.

Claims

1. Schaltmechanismus für einen Klein-Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse (12), einem feststehenden Kontakt (18) und einem beweglichen Kontakt (16), wobei der genannte bewegliche Kontakt (16) von einem durch den Schaltmechanismus (10, 100) betätigten Kontakthebel (14) getragen wird, bestehend aus: - einem handbetätigten Antriebshebel (24), der zusammen mit einer Kupplungsstange (28) ein Kniegelenk (30) bildet, - einem auf einer Schwenkachse (38) einer Drehscheibe (40) gelagerten Trägerhebel (36) des Kontakthebels (14), wobei durch eine Kontaktdruckfeder eine geringe relative Schwenkbewegung zwischen der Drehscheibe (40) und dem Trägerhebel (36) ermöglicht wird, - einer zwischen der Drehscheibe (40) und der Kupplungsstange (28) angeordneten lösbaren mechanischen Verbindung (48) - und einem schwenkbar auf der Drehscheibe (40) gelagerten Auslösehebel (42), der durch den Auslöser betätigt wird, um im Fehlerfall die Unterbrechung der genannten mechanischen Verbindung (48) zu bewirken, so daß die automatische Auslösung des Schaltmechanismus (10, 100) unabhängig vom Antriebshebel (24) herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare mechanische Verbindung (48) durch eine Rastkerbe (54) des Auslösehebels (42) gebildet wird, die mit einem schwenkbar um eine Achse (52) der Drehscheibe (40) gelagerten Mitnehmerhaken (50) zusammenwirkt, und daß die Kopplung zwischen der Kupplungsstange (28) und dem Haken (50) über ein Zwischengelenk (56) zwischen der Achse (52) der Drehscheibe und der Nase des genannten Hakens erfolgt.

2. Schaltmechanismus nach Anspruch 1, bei dem der Auslösehebel (42) schwenkbar um eine von der Drehscheibe (40) getragenen Achse (46) mit einem im Verhältnis zur Schwenkachse (38) vorgegebenen Versatzmaß gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Zwischengelenk (56) bei Auslösung in einem Langloch (58) der Drehscheibe (40) verschiebt, wobei dieses Blind- oder Durchgangs-Langloch (58) als ein um die Achse (52) des Mitnehmerhakens (50) verlaufender Kreisausschnitt ausgebildet ist.

3. Schaltmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Auslöser aus einem thermischen Auslöser mit Bimetall (44) und/oder einem elektromagnetischen Auslöser mit Schlagbolzen (34) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Bimetall (44) und dem Auslösehebel (42) als Umlenkbügel (60) mit unidirektionaler Kraftübertragung ausgeführt ist, um eine reibungsfreie starre kinematische Verbindung mit dem Auslösehebel (42) zu bilden, wenn das Bimetall (44) im Falle einer thermischen Auslösung auf den Umlenkbügel (60) wirkt, wobei die genannte kinematische Verbindung automatisch unterbrochen wird, wenn die Drehscheibe (40) in die Ausschaltstellung der Kontakte (16, 18) verschoben wird oder der Schlagbolzen (34) im Falle einer magnetischen Auslösung auf den Auslösehebel (42) wirkt.

4. Schaltmechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkbügel (60) als Kniehebel ausgeführt ist, wobei ein Ende frei drehbar mit dem Auslösehebel (42) verbunden ist und ein gebogenes Mittelteil in aktiver Stellung der genannten kinematischen Verbindung auf einem Zapfen (64) des Auslösehebels (42) aufliegt.

5. Schaltmechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkpunkt (62) des Umlenkbügels (60) zwischen dem Zapfen (64) und der Drehachse (46) des Auslösehebels (42) angeordnet ist, und daß das entgegengesetzte Ende (66) des Umlenkbügels (60) gegen einen Vorsprung des Gehäuses (12) stoßen kann, um die genannte kinematische Verbindung mit dem Auslösehebel (42) zu unterbrechen.

6. Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerhaken (50) des Schaltmechanismus (100) nach der Auslösung mit einem in den Auslösehebel (42) eingeformten Verklinkungsansatz (102) zusammenwirkt, so daß der Haken (50) in einer Fehlermeldestellung festgehalten wird.

7. Schaltmechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerhaken (50) eine Markierung (104) aufweist, die mit einer Anzeige (106) des Gehäuses (12) für die genannte Fehlermeldestellung gekoppelt ist.

8. Schaltmechanismus nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebshebel (24) durch die Kupplungsstange (28) sicher in einer stabilen Zwischenstellung zwischen Ein- und Ausschaltstellung blockiert wird, wenn der Mitnehmerhaken (50) nach Auslösung durch den Verklinkungsansatz (102) verriegelt wird, wobei die nichtautomatische Rückstellung des Schaltmechanismus (100) durch manuelles Umlegen des Antriebshebels (24) von der Zwischenstellung in die Ausschaltstellung erfolgt, so daß einerseits die mechanische Verbindung (48) zwischen dem Antriebshebel (24) und der Drehscheibe (40) wiederhergestellt und andererseits die Fehlermeldung rückgesetzt wird.