DE69128946T2 - Schutzschalter - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter mit einem Rahmen, einem mit einem schwenkbar mit einem Ende dieses Rahmens verbundenen Hebel, einem zu diesem Rahmen im wesentlichen lagefesten ersten elektrischen Kontakt, einem über einen Gelenkbolzen schwenkbar mit einem zweiten Ende dieses Rahmens verbundenen Kontakthebel mit einem zweiten elektrischen Kontakt, wobei dieser zweite elektrische Kontakt durch die Schwenkbewegung dieses Kontakthebels in elektrischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Kontakt gebracht und der Kontakt getrennt wird, und einem sich von obigem Hebel zu diesem Kontakthebel erstreckenden Kippmechanismus, wobei dieser Kippmechanismus einen schwenkbar mit diesem Hebel verbundenen Nockenhebel enthält, während dieser Nockenhebel eine von einer zweiten Fläche überschnittene erste Fläche aufweist, wobei durch die Überschneidung zwischen dieser ersten und zweiten Fläche eine Stufe gebildet wird, einem Hebelgehäuse, dessen erstes Ende schwenkbar mit obigem Nockenhebel verbunden ist und dessen zweites Ende schwenkbar mit dem Kontakthebel verbunden ist, und einem durch eine Öffnung in diesem Hebelgehäuse verlaufenden Spannbolzen, welcher Spannbolzen eine von einer im wesentlichen ebenen Fläche überschnittene gekrümmte Fläche aufweist, wobei ein Teilabschnitt dieser ersten Fläche des Nockenhebels in gesperrtem Zustand des Kippmechanismus einen Teilabschnitt dieser gekrümmten Fläche dieses Spannbolzens überlappt und berührt.
• Die Erfindung betrifft weiter einen Mehrpolschutzschalter mit mindestens ersten und zweiten Einpolschutzschaltermechanismen.
• Ein Einpolschutzschalter ist eine Vorrichtung zur Unterbrechung eines elektrischen Stromflusses in einer elektrischen Schaltstrecke beim Auftreten eines Überstroms in dieser Schaltstrecke. Ein Mehrpolschutzschalter andererseits ist eine aus zwei oder mehr miteinander verbundenen Einpolschutzschaltern zur im wesentlichen gleichzeitigen Unterbrechung des Stromflusses in zwei oder mehr Schaltstrecken beim Auftreten eines Überstroms in einer der Schaltstrecken bestehende Vorrichtung.
• Ein Schutzschalter der eingangs erwähnten Art ist aus dem US-Patent 3,786,380 bekahnt und in Fig. 1, 2A und 2B abgebildet. Nach Darstellung enthält der Einpolschutzschalter 10 ein elektrisch isolierendes Gehäuse 20, in dem unter anderem lagefest montierte Anschlüsse 30 und 40 untergebracht sind. Im Betrieb sind diese Anschlüsse elektrisch an die Enden eines gegen Überströme zu schützenden elektrischen Schaltkreises angeschlossen.
• Nach Darstellung enthält das Gehäuse 20 auch einen am Anschluß 40 montierten lagefesten elektrischen Kontakt 50 und einen an einem Kontakthebel 70 montierten elektrischen Kontakt 60. Kennzeichnenderweise ist der Kontakthebel 70 über einen Gelenkbolzen 80 mit einem lagefest montierten Rahmen 100 verbunden. Eine den Gelenkbolzen 80 umschließende Schraubenfeder 85 setzt den Kontakthebel 70 unter drehende Vorspannung zum Rahmen 100. Ein am Kontakthebel 70 montierter Kontakthebel-Anschlagbolzen 90 begrenzt die Schwenkbewegung des Kontakthebels zum Rahmen. Aufgrund der Schwenkbewegung des Kontakthebels 70 wird der Kontakt 60 einwandfrei in elektrischen Kontakt mit dem Festkontakt 50 gebracht und dieser elektrische Kontakt unterbrochen.
• Neben dem Rahmen 100 ist eine den an seinem oberen Ende von einem Polstück 130 abgeschlossenen Magnetkern 120 umschließende elektrische Spule 110 angeordnet. Ein elektrisches Geflecht 140 dient zur elektrischen Verbindung des Anschlusses 30 mit einem Ende der Spule 110. Ein elektrisches Geflecht 150 verbindet das andere Ende der Spule 110 mit dem Kontakthebel 70. Auf diese Weise verläuft bei Schwenkung des Kontakthebels 70 im Gegenuhrzeigersinn (nach Darstellung in Fig. 1) gegen die von der Feder 85 ausgeübte Vorspannkraft, um den Kontakt 60 in elektrischen Kontakt mit dem Kontakt 50 zu bringen, ein ununterbrochener elektrischer Pfad zwischen den Anschlüssen 30 und 40.
• Der Schutzschalter 10 weist auch einen über einen Bolzen 170 schwenkbar mit dem Rahmen 100 verbundenen Hebel 160 auf. Außerdem ist ein Kippmechanismus vorhanden, der den Hebel 160 mit dem Kontakthebel 70 verbindet. Wie in Fig. 2A deutlicher dargestellt weist dieser Kippmechanismus einen über einen Bolzen 180 schwenkbar mit dem Hebel 160 verbundenen Nockenhebel 190 auf. Eine wichtige Eigenschaft des Nockenhebels 190 nach Darstellung im vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2B ist das Vorhandensein einer durch die Überschneidung nicht-paralleler Flächen 194 und 198 im Außenumriß des Nockenhebels 190 gebildete Stufe.
• Weiter unter Bezugnahme auf Fig. 2A und 2B weist der Kippmechanismus des Schutzschalters 10 auch ein Hebelgehäuse 200 auf, an dem ein herausragender Hebel 205 angebracht ist. Das Hebelgehäuse ist über einen Niet 210 schwenkbar mit dem Nockenhebel 190 und über einen Bolzen 220 schwenkbar mit dem Kontakthebel 70 verbunden.
• Weiter enthält der Kippmechanismus eine Spannvorrichtung mit einem durch eine Öffnung im Hebelgehäuse 200 zum Nockenhebel 190 verlaufenden Spannbolzen 230. Dieser Spannbolzen weist eine von einer im wesentlichen ebenen Fläche 233 überschnittene kreisförmig gekrümmte Fläche 232 auf (siehe Fig. 2B). Die Spannvorrichtung weist auch einen mit dem Spannbolzen 230 verbundenen Hebel 235 (siehe Fig. 2A) und einen mit dem Hebel 235 verbundenen und nach Darstellung in Fig. 2A in die Zeichenebene ragenden Spannschlaghebel 240 auf. Eine den Spannbolzen 230 umfassende Schraubenfeder 250 setzt den Hebel 235 der Spannvorrichtung unter drehende Vorspannung zum Kontakt mit dem Hebel 205 des Hebelgehäuses 200. Dadurch greift der Spannbolzen 230 in die Stufe am Nockenhebel 190 ein, d.h. ein Teilabschnitt der Fläche 194 des Nockenhebels überlappt und berührt einen Teilabschnitt der gekrümmten Fläche 232 des Spannbolzens 230. Kennzeichnenderweise wird der Kippmechanismus aufgrund dieses Eingriffs gesperrt, kann dadurch der von Feder 85 auf den Kontakthebel 70 ausgeübten drehenden Vorspannkraft entgegenwirken und erhält dadurch die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 50 und 60 aufrecht.
• Durch Umlegen des Hebels 160 von Hand im Gegenuhrzeigersinn (nach Darstellung in Fig. 1) wird der Kippmechanismus in weiterhin gesperrtem Zustand verschoben und aus seiner Ausrichtung zu der von Feder 85 auf den Kontakthebel 70 ausgeübten Schwenk-Vorspannkraft gedreht. Diese Vorspannkraft drängt den Kontakthebel 70 daraufhin im Gegenuhrzeigersinn zum Rahmen 100 hin, wodurch die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 50 und 60 unterbrochen wird. Durch Umlegen des Hebels 160 von Hand im Uhrzeigersinn wird der Vorgang dann umgekehrt.
• Nach Darstellung in Fig. 1 enthält der Einpolschutzschalter 10 auch einen schwenkbar mit dem Rahmen 100 verbundenen Anker 260. Dieser Anker weist einen neben dem Spannschlaghebel 240 angeordneten Schenkel 265 auf. Im Falle eines Überstroms im zu schützenden Schaltkreis fließt dieser Überstrom notwendigerweise auch durch die Spule 110 und erzeugt dabei eine Magnetkraft, die eine Schwenkung des Ankers zum Polstück 130 hin bewirkt. Demzufolge schlägt der Ankerschenkel 265 auf den Spannschlaghebel 240 auf und bringt dadurch den Kippmechanismus zum Umschlag. Durch das Fehlen der vom Kippmechanismus ausgeübten Gegenkraft schwenkt die von der Feder 85 auf den Kontakthebel 70 ausgeübte Vorspannkraft den Kontakthebel im Gegenuhrzeigersinn zum Rahmen 100 hin, wodurch die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 50 und 60 unterbrochen wird.
• Zwei oder mehr Einpolschutzschalter 10 lassen sich ohne weiteres zu einem Mehrpolschutzschalter verbinden. In dieser Anordnung weist jeder Einpolschutzschalter 10 nach Darstellung in Fig. 3 außerdem einen über einen Gelenkbolzen 320 schwenkbar mit dem Rahmen 100 verbundenen Schalthebel 270 auf. Der Schalthebel 270 ist im allgemeinen U-förmig und besteht aus den Rahmen 100 mindestens teilweise umgreifenden Hebelarmen 280 (nach Darstellung in Fig. 3) und 290 (in Fig. 3 nicht dargestellt). Eine zwischen dem Rahmen 100 und dem Hebelarm 280 angeordnete und den Bolzen 320 umfassende Schraubenfeder 330 setzt den Schalthebel drehend unter Vorspannung zum Rahmen 100. Ein nach Darstellung in Fig. 3 aus der Zeichenebene ragender Zapfen 300 des Schalthebels 270 ist zum Einsatz in eine Gegenbohrung im Schalthebel eines benachbarten Einpolschutzschalters bestimmt. Auf diese Weise wird jede auf den Schalthebel 270 ausgeübte Schwenkbewegung gegen die Vorspannkraft der Feder 330 auf den benachbarten Schalthebel und umgekehrt übertragen.
• Wenn im Betrieb des Einpolschutzschalters 10 bei dessen Verwendung in einem Mehrpolschutzschalter ein Überstrom durch die Spule 110 fließt, wird dadurch wie oben beschrieben der Einpolschutzschalter 10 ausgelöst, d.h. der Kontakthebel 70 wird im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt und die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 50 und 60 wird unterbrochen. Während dieser Schwenkbewegung kommt der das Hebelgehäuse 200 drehbar mit dem Kontakthebel 70 verbindende Bolzen 220 zur Anlage an eine Nockenbogenfläche 285 am unteren Ende des Hebelarms 280 und übt dadurch auf den Schalthebel 270 ein Drehmoment aus. Dadurch wird der Schalthebel 270 vom Rahmen 100 weg- und zum Anker 260 hingeschwenkt. Diese Schwenkbewegung wird über den Zapfen 300 auch auf den Schalthebel des benachbarten Einpolschutzschalters übertragen. Vorausgesetzt, das vom Bolzen 220 ausgeübte Drehmoment ist stark genug, dann drückt der Schalthebel des benachbarten Einpolschutzschalters den entsprechenden Anker ein und löst dadurch den benachbarten Einpolschutzschalter aus.
• Obgleich Einpolschutzschalter der oben beschriebenen Art gewiß nützlich sind, ist deren Herstellung mit gewissen Schwierigkeiten verbunden. So hängt zum Beispiel, wie unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 2A und 2B besser ersichtlich, eine Schwierigkeit dieser Art mit der Erzielung eines richtigen Maßes an Überlappung zwischen der Fläche 194 des Nockenhebels 190 und der gekrümmten Fläche 232 des Spannbolzens 230 bei in Sperrlage befindlichem Kippmechanismus. Wie bekannt wird das Mindestmaß an Überlappung von der Notwendigkeit diktiert, das Umschlagen des Kippmechanismus zu verhüten, wenn der Schutzschalter nur mechanischer Erschütterung und keinem Überstrom ausgesetzt ist. Andererseits wird das Höchstmaß an Überlappung von dem Erfordernis diktiert, daß der Kippmechanismus beim Auftreten eines Überstroms spätestens im Moment des Anschlags des Ankers 260 am Polstück 130 umschlagen muß. Im allgemeinen ist eigentlich erwünscht, daß der Umschlag schon bei der Schwenkung des Ankers 260 zum Polstück 130 hin noch vor dessen tatsächlichem Anschlag am Polstück erfolgt. Dies ist durch den Umstand bedingt, daß wenn die Überlappung so gewählt wird, daß der Umschlag erst beim Anschlag erfolgt, herstellungsbedingte Unregelmäßigkeiten zu geringfügig größeren als den gewünschten Überlappungen und demgemäß zu Kippmechanismen führen können, die nicht einmal beim Anschlag umschlagen.
• Um ein richtiges Maß an Überlappung zu erzielen, wird die Tiefe der Stufe, d.h. die Länge der Fläche 194 des Nockenhebels 190, üblicherweise wesentlich größer gemacht als die gewünschte Überlappung. Außerdem wird der Hebel 205 des Hebelgehäuses 200 bei der Montage des Kippmechanismus von einem Montagearbeiter in mehrere Prüflagen gebogen, so daß die Vorspannfeder 250 die gekrümmte Fläche 232 des Spannbolzens 230 in verschiedene Überlappungen mit der Fläche 194 dreht. In jeder Prüflage wird zwischen dem Hebel 235 der Spannvorrichtung und dem zur Auslösung des Kippumschlags vorgesehenen Hebel 205 des Hebelgehäuses eine Beilegscheibe von spezifizierter Dicke eingesetzt. Sobald der Umschlag erfolgt, wird angenommen, daß das richtige Maß an Überlappung erzielt ist. Dieses Verfahren wird auch nach der Montage des gesamten Schutzschalters wiederholt. Die resultierende Überlappungslänge ist - als Prozentsatz der Länge der Fläche 194 ausgedrückt - höchstens 75 Prozent und üblicherweise weniger als 75 Prozent.
• Das bisherige Verfahren zur Erzielung richtiger Überlappungsmaße ist offensichtlich zeitaufwendig, erfordert Handarbeit und erhöht demzufolge die Herstellungs- und Montagekosten von Schutzschaltern.
• Eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung von Schutzschaltern herkömmlicher Art liegt in der Erzielung gleichmäßiger Exzentrizitäten. Das heißt wenn bei nach Darstellung in Fig. 2A in seiner Sperrlage befindlichem Kippmechanismus des Schutzschalters 10 eine imaginäre Gerade 215 vom Mittelpunkt des Schwenkbolzens 180 zum Mittelpunkt des Schwenkbolzens 220 gezogen wird, muß der Mittelpunkt des Niets 210, der den Nockenhebel 190 schwenkbar mit dem Hebelgehäuse 200 verbindet, (nach Darstellung in Fig. 2A) an der rechten Seite der imaginären Linie 215 liegen. (Wenn der Mittelpunkt des Niets 210 links von der imaginären Geraden 215 liegen würde, würde das Herausdrehen des Spannbolzens 230 aus dem Eingriff mit der Stufe im Nockenhebel 190 nicht zum Umschlag des Kippmechanismus führen). Die Länge einer Senkrechten 217 von der imaginären Linie 215 zum Mittelpunkt des Niets 210 wird als die Exzentrizität des Kippmechanismus definiert. Kennzeichnenderweise wird die Größe der zum Umschlag des Kippmechanismus auf den Spannschlaghebel 240 auszuübenden Kraft von der Exzentrizität bestimmt, d.h. je größer die Exzentrizität, umso höher die Kraft, und umgekehrt.
• Wenn die Ausgangsstellung des Kippmechanismus dessen Umschlagslage ist, bewirkt die Schwenkung des Hebels 160 im Uhrzeigersinn (nach Darstellung in Fig. 1) die Verschiebung und Verdrehung der Komponenten des Kippmechanismus in die Sperrlage nach Darstellung in Fig. 2A. Insbesondere erfährt der Nockenhebel 190 während dieser Verschiebung und Verdrehung zu Beginn ein verhältnismäßig kleines Maß an Rechtsdrehung um den Niet 210 (nach Darstellung in Fig. 2A), bis der Nockenhebel 190 mit der Rückseite an der Innenfläche des Hebelgehäuses 200 anschlägt. Die Länge der Senkrechten 217 zur Linie 215 an dem Punkt, an dem der Nockenhebel seine maximale Rechtsdrehung erfährt, wird hier als Grundexzentrizität bezeichnet, die weitgehend von der Grundgeometrie der Schutzschalteranordnung bestimmt wird. Nachdem der Nockenhebel 190 seine Lage maximaler Rechtsdrehung erreicht hat, erfährt er eine Linksdrehung um den Niet 210, bis die Fläche 194 des Nockenhebels 190 an der gekrümmten Fläche 232 des Spannbolzens 230 zur Anlage kommt, wodurch der Kippmechanismus gesperrt wird. Als Ergebnis dieser Drehung im Gegenuhrzeigersinn erhöht sich die Grundexzentrizität um ein hier als Zusatzexzentrizität bezeichnetes Maß und erreicht damit die Exzentrizität nach obiger Definition. Das Maß der Linksdrehung hängt jedoch mit dem anfänglichen Maß an Rechtsdrehung zusammen, das durch den Abstand zwischen der Rückseite des Nockenhebels 190 und der Innenfläche des Hebelgehäuses 200 begrenzt wird. Das Hebelgehäuse 200 wird jedoch durch Biegen von Blech geformt, d.h. in einem verhältnismäßig ungenauen Verfahren, das ein erhebliches Maß an Ungleichförmigkeit im Abstand zwischen der Rückseite des Nockenhebels 190 und der Innenfläche des Hebelgehäuses 200 und eine entsprechende Ungleichförmigkeit in der Zusatzexzentrizität und damit in der Exzentrizität mit sich bringt.
• Zur Minimierung der oben beschriebenen Ungleichförmigkeit in der Exzentrizität und damit zur Erzielung von Gleichmäßigkeit in der Arbeitsweise der Schutzschalter mußten verhältnismäßig große Grundexzentrizitäten verwendet werden, die zu verhältnismäßig großen Exzentrizitäten führten. Die Verwendung dieser verhältnismäßig großen Exzentrizitäten führte jedoch zu Kippmechanismen, bei denen zur Erzielung des Kippumschlags verhältnismäßig hohe Anschlagkräfte erforderlich waren. Dies bedeutet nun leider eine relative Unempfindlichkeit der entsprechenden Schutzschalter für Überströme.
• Um bedeutsame Vergleiche der in Schutzschaltern unterschiedlicher physikalischer Größe verwendeten Exzentrizitäten zu erzielen, ist es im allgemeinen sinnvoller, Werte für das Verhältnis der Länge der imaginären Geraden 215 zur entsprechenden Exzentrizität, eine in der Folge mit R bezeichnete dimensionslose Zahl, zu vergleichen. Je kleiner die Exzentrizität, umso höher ist klarerweise der Wert R, und umgekehrt. Da in herkömmlichen Schutzschaltern wie oben erläutert verhältnismäßig hohe Exzentrizitätswerte verwendet werden mußten, begrenzten sich die entsprechenden Werte von R auf nicht mehr als etwa 47. Klarerweise sind höhere Werte von R aufgrund kleinerer Exzentrizitäten erwünscht, da dies zu Schutzschaltern mit höherer Empfindlichkeit für Überströme führen würde.
• Bei der Entwicklung von Schutzschaltern wurde bisher erfolglos nach Schutzschaltern gesucht, in denen die gewünschten Überlappungen auf einfachere Weise erreicht werden und die verhältnismäßig höhere Werte von R aufweisen.
• Die Erfindung hat unter anderem zur Aufgabe, einen Schutzschalter mit einem Kippmechanismus zu verschaffen, in dem wesentlich niedrigere Werte von R als bisher möglich erzielt werden.
• Hierzu ist der eingangs erwähnte Schutzschalter erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß obiger Nockenhebel einen Haken aufweist, der obigen Spannbolzen teilweise umfaßt diesen mit Reibungskraftschluß erfassen kann, um die Drehung dieses Nockenhebels um die Schwenkverbindung zu obigem Hebelgehäuse zu begrenzen. Der Kippmechanismus des erfindungsgemäßen Schutzschalters erzielt erheblich kleinere Exzentrizitätswerte und dementsprechend höhere Werte von R, da er zur Begrenzung der anfänglichen Rechtsdrehung des Nockenhebels nicht auf die Innenfläche des Hebelgehäuses angewiesen ist. Diese Drehung wird vielmehr durch die Ausbildung eines Hakens im Außenprofil des Nockenhebels in einem bestimmten Abstand von der Stufe begrenzt, welcher Haken den Spannbolzen teilweise umfaßt und diesen mit Reibungskraftschluß erfassen kann. Außerdem wird der Abstand von der Stufe zum Haken absichtlich geringfügig größer gemacht als das Querschnittsmaß, d.h. der Durchmesser, des Spannbolzens. Dieser Maßunterschied bestimmt das Ausmaß der Rechtsdrehung des Nockenhebels vor dem Anhalten dieser Drehung durch Reibungskraftschluß zwischen dem Haken und dem Spannbolzen. Da die üblicherweise zur Herstellung des Nockenhebels und des Spannbolzens verwendeten Verfahren, z.B. herkömmliche Pulverpreß- und maschinelle Bearbeitungsverfahren, verhältnismäßig maßgenaue Teile mit verhältnismäßig geringen Maßabweichungen zwischen den Teilen ergeben, wird das Ausmaß der Rechtsdrehung und demnach auch das Ausmaß der Linksdrehung des Nockenhebels genau gesteuert, dies mit verhältnismäßig geringer Variabilität zwischen verschiedenen Kippmechanismen. Demzufolge können nunmehr wesentlich kleinere Grundexzentrizitäten und deshalb wesentlich kleinere Exzentrizitäten verwendet werden, was zu Werten von R gleich oder größer als ca. 50, vorzugsweise gleich oder größer als ca. 60 und noch besser gleich oder größer als ca. 70 führt. In dieser Hinsicht wurde in einer spezifischen praktischen Ableitung ohne weiteres ein Wert von R gleich 70,7 erzielt.
• Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schutzschalters ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge obiger ersten Fläche dieses Nockenhebels so gewählt wird, daß sie bei gesperrtem Kippmechanismus im wesentlichen gleich einer gewünschten Länge der Überlappung zwischen dieser ersten Fläche und obiger gekrümmten Fläche ist, wobei dieser Schutzschalter weiter Mittel aufweist, um diese im wesentlichen ebene Fläche obigen Spannbolzens bei gesperrtem Kippmechanismus zum Kontakt mit dieser zweiten Fläche dieses Nockenhebels unter Vorspannung zu setzen, wodurch automatisch diese gewünschte Überlappungslänge erzielt wird. Weiter ist eine diesen Spannbolzen umfassende Schraubenfeder angebracht, die diese im wesentlichen ebene Fläche des Spannbolzens bei gesperrtem Kippmechanismus zum Kontakt mit dieser zweiten Fläche des Nockenhebels unter Vorspannung setzt, wodurch automatisch die gewünschte Überlappung erzielt wird. Dadurch ist die Überlappungslänge, als Prozentsatz der Stufentiefe ausgedrückt, immer größer als ca. 75 Prozent und im allgemeinen praktisch gleich 100 Prozent.
• Der Stand der Technik und eine Ausführungsform der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin
• Fig. 1 eine Ansicht des Mechanismus eines konventionellen Einpolschutzschalters ist,
• Fig. 2a den Kippmechanismus des Einpolschutzschalters von Fig. 1 zeigt,
• Fig. 2b ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 2a ist,
• Fig. 3 eine Ansicht des für den Einbau eines Schalthebels zur Verwendung in einem Mehrpolschutzschalter abgeänderten Mechanismus des Einpolschutzschalters von Fig. 1 ist,
• Fig. 4 eine Ansicht des Mechanismus des erfindungsgemäßen Einpolschutzschalters ist,
• Fig. 5A den Kippmechanismus des erfindungsgemäßen Einpolschutzschalters von Fig. 4 zeigt,
• Fig. 5B ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 5A ist und
• Fig. 6 eine Ansicht des für den Einbau eines Schalthebels zur Verwendung in einem Mehrpolschutzschalter abgeänderten Mechanismus des erfindungsgemäßen Einpolschutzschalters von Fig. 4 ist.
• Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter mit einem Kippmechanismus, in dem eine erwünschte Überlappung zwischen dem Nockenhebel und dem Spannbolzen auf einfache Weise und automatisch erzielt wird. Außerdem erreicht der Kippmechanismus viel niedrigere Exzentrizitätswerte und dementsprechend größere Werte von R als bisher möglich.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist der erfindungsgemäße Einpolschutzschalter 1000 im allgemeinen dem konventionellen Einpolschutzschalter 10 nach Darstellung in Fig. 1 ähnlich, wobei übereinstimmende Teile mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Der Kippmechanismus des erfindungsgemäßen Einpolschutzschalters 1000 weist jedoch eine Reihe von Neuerungen auf, die durch die Verwendung neuer Bezugszeichen zur Kennzeichnung der Teile des Kippmechanismus besonders hervorgehoben sind.
• Nach Darstellung in Fig. 4 und 5A weist der in seiner gesperrten Lage dargestellte erfindungsgemäße Kippmechanismus einen über den Bolzen 180 schwenkbar mit dem Hebel 160 verbundenen Nockenhebel 1900 auf. Weiter enthält der Kippmechanismus ein Hebelgehäuse 2000, dessen eines Ende über den Niet 210 schwenkbar mit dem Nockenhebel 1900 und dessen anderes Ende über den Bolzen 220 schwenkbar mit dem Kontakthebel 70 verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das Hebelgehäuse 2000 im Gegensatz zu bisherigen Hebelgehäusen keinen herausragenden Hebel 205 aufweist oder, falls ein solcher vorhanden ist, sollte er so angeordnet sein daß er keine Begrenzungsfunktion auf die Schwenkbewegung des Spannbolzens ausübt.
• Weiter umfaßt der Kippmechanismus eine Spannvorrichtung mit einem durch durch eine Öffnung im Hebelgehäuse 2000 zum Nockenhebel 1900 verlaufenden Spannbolzen 2300. Nach Darstellung weist der Spannbolzen 2300 eine von einer im wesentlichen ebenen Fläche 2330 überschnittene gekrümmte Fläche 2320, vorzugsweise eine halbkreisförmige Fläche, auf. Die Spannvorrichtung weist auch einen mit dem Spannbolzen 2300 verbundenen Hebel 2350 auf. Ein mit dem Hebel 2350 verbundener und nach Darstellung in Fig. 5A in die Zeichenebene ragender Spannschlaghebel 2400 ist so angeordnet, daß er sich im Weg des Schenkels 265 des Ankers 260 befindet. Wenn der Einpolschutzschalter 1000 in einem Mehrpolschutzschalter verwendet werden soll, enthält die Spannvorrichtung wie in der Folge ausführlicher erläutert vorzugsweise auch einen mit dem Schenkel 2350 verbundenen, (nach Darstellung in Fig. 5A) aus der Zeichenebene herausragenden zweiten Spannschlaghebel 2410.
• Es ist auch eine den Spannbolzen 2300 umfassende Schraubenfeder 2500 angebracht. Ein Ende dieser Feder liegt an einem Anschlag 2010 des Hebelgehäuses 2000 an, während das entgegengesetzte Ende dieser Feder am Spannschlaghebel 2400 anliegt. Aufgrund dieser Anordnung setzt die Feder 2500 den Spannbolzen 2300 direkt unter drehende Vorspannung zum Eingriff am Nockenhebel 1900 (ohne die bisher übliche Verwendung des herausragenden Hebels 205).
• Unter Bezugnahme auf Fig. 5B weist der Nockenhebel 1900 in seinem Außenprofil eine durch Überschneidung zweier nicht-paralleler Flächen 1940 und 1980 gebildete Stufe auf. Kennzeichnenderweise wird die Tiefe dieser Stufe, d.h. die Länge der Fläche 1940 nach Darstellung im Querschnitt in Fig. 5B, so gewählt, daß sie der gewünschten Überlappungslänge mit der gekrümmten Fläche 2320 im wesentlichen gleich ist. Auf diese Weise wird die im wesentlichen ebene Fläche 2330 des Spannbolzens 2300 unter dem Einfluß der von Feder 2500 ausgeübten Schwenkvorspannkraft in Kontakt mit der Fläche 1980 des Nockenhebels 1900 geschwenkt, wodurch automatisch und auf zweckmäßige Weise die gewünschte Überlappungslänge zwischen der Fläche 1940 des Nockenhebels und der gekrümmten Fläche 2320 des Spannbolzens erzielt wird. In allen Fällen ist die Überlappungslänge (nach Darstellung in Fig. 5B) - als Prozentsatz der Länge der Fläche 1940 (gleichfalls nach Darstellung in Fig. 5B) ausgedrückt - erheblich größer als 75 Prozent und üblicherweise gleich 100 Prozent.
• Nach Darstellung in Fig. 5B weicht die Fläche 1980 des Nockenhebels 1900 vorzugsweise von der im wesentlichen ebenen Fläche 2330 des Spannbolzens 2300 ab. Außerdem greift die Fläche 1980 in einen Haken 1990 ein, der zum Spannbolzen 2300 hin aus dem Nockenhebel 1900 herausragt, den Spannbolzen teilweise umfaßt und den Spannbolzen mit Reibungskraftschluß erfassen kann.
• Kennzeichnenderweise ist der auf einer Linie zwischen dem oberen und unteren Ende der Fläche 2330 (nach Darstellung in Fig. 5B) gemessene Abstand von der Fläche 1940 zur oberen Fläche des Hakens 1990 größer als das entsprechende Maß, d.h. der Durchmesser, des Spannbolzens 2300. Dieser Maßunterschied ist kennzeichnend, denn er bestimmt das Ausmaß der Rechtsdrehung des Nockenhebels um den Niet 210 vor der Ergreifung des Spannbolzens 2300 durch den Haken 1990 mit Reibungskraftschluß zum Anhalten der Drehung des Nockenhebels. Dies wiederum bestimmt das Ausmaß der weiteren Rechtsdrehung des Nockenhebels 1900 und dadurch die Zusatzexzentrizität.
• Wie oben erwähnt ergeben die üblichen Herstellungsverfahren für den Nockenhebel 1900 und den Spannbolzen 2300, z.B. Pulverpreß- und maschinelle Bearbeitungsverfahren, verhältnismäßig maßgenaue Teile mit verhältnismäßig geringen Maßabweichungen zwischen den Teilen. Dadurch ist das Ausmaß der Rechtsdrehung, und demnach auch das Ausmaß der Linksdrehung, des Nockenhebels um den Niet 210 genau gesteuert, dies mit verhältnismäßig geringer Variabilität zwischen den verschiedenen Kippmechanismen. Folglich können nunmehr wesentlich kleinere Grundexzentrizitäten und entsprechend kleinere Exzentrizitäten verwendet werden, was zu Werten von R gleich oder größer als ca. 50, vorzugsweise gleich oder größer als ca. 60 und noch besser gleich oder größer als ca. 70 führt.
• So betrug in einer spezifischen praktischen Ableitung, die auch einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht, die Länge der imaginären Linie 215 (siehe Fig. 5A) zum Beispiel 30,5 mm (1.202 inches). Außerdem betrug die Grundexzentrizität 0,25 mm (.010 inches). Ferner belief sich der Abstand von der Fläche 1940 bis zur oberen Fläche des Hakens 1990 auf 3,35 mm (.132 inches), während der Durchmesser des Spannbolzens 2300 (d.h. die Länge der Fläche 2330 nach Darstellung in Fig. 5b) 3,17 mm (.125 inches) betrug, so daß die entsprechende Maßdifferenz 0,18 mm (.007 inches) betrug. Demnach betrug die Exzentrizität, d.h. die Summe der Grundexzentrizität und der Zusatzexzentrizitäten, 0,43 mm (.017 inches). Folglich belief sich der entsprechende Wert von R auf 70,7.
• Unter Bezugnahme nunmehr auf Fig. 6 weist der erfindungsgemäße Einpolschutzschalter bei Verwendung in einem Mehrpolschutzschalter vorzugsweise auch einen Schalthebel 2070 mit einer vom Anschlagbolzen 90 des Kontakthebels ergreifbaren Nockenbogenfläche 2085 auf. Wie im durch Nennung als hierin aufgenommen betrachteten US-Patent 5,117,208 erläutert, ermöglicht diese Anordnung die Ausübung eines viel stärkeren Drehmoments auf den Schalthebel als bisher möglich. Außerdem weist der Schalthebel 2085 eine Stirnfläche 2087 auf, die den (zweiten) Spannschlaghebel 2410 erfassen kann. Dadurch kann der Schalthebel 2085 den Kippmechanismus direkt zum Umschlag bringen, ohne daß der Anker 260 eingedrückt zu werden braucht.

Claims (4)

1. Schutzschalter (1000) mit:

einem Rahmen (20);

einem mit einem schwenkbar mit einem Ende dieses Rahmens (20) verbundenen Hebel (160);

einem zu diesem Rahmen (20) im wesentlichen lagefesten ersten elektrischen Kontakt (50);

einem über schwenkbar mit einem zweiten Ende dieses Rahmens (20) verbundenen Kontakthebel (70) mit einem zweiten elektrischen Kontakt (60), wobei dieser zweite elektrische Kontakt (60) durch die Schwenkbewegung dieses Kontakthebels (70) in elektrischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Kontakt (50) gebracht und der Kontakt getrennt wird, und

einem sich von obigem Hebel (160) zu diesem Kontakthebel (70) erstreckenden Kippmechanismus (1900, 2000, 2300), dieser Kippmechanismus (1900, 2000, 2300) mit

einem schwenkbar mit diesem Hebel (160) verbundenen Nockenhebel (1900), welcher Nockenhebel (1900) eine von einer zweiten Fläche (1980) überschnittene erste Fläche (1940) aufweist, wobei durch die Überschneidung zwischen dieser ersten und zweiten Fläche (1940, 1980) eine Stufe gebildet wird,

einem Hebelgehäuse (2000), dessen erstes Ende schwenkbar mit diesem Nockenhebel (1900) verbunden ist und dessen zweites Ende schwenkbar mit dem Kontakthebel (70) verbunden ist, und

einem durch eine Öffnung in diesem Hebelgehäuse (2000) verlaufenden Spannbolzen (2300), wobei dieser Spannbolzen (2300) eine von einer im wesentlichen ebenen Fläche (2330) überschnittene gekrümmte Fläche (2320) aufweist, wobei ein Teilabschnitt dieser ersten Fläche (1940) des Nockenhebels (1900) in gesperrtem Zustand des Kippmechanismus (1900, 2000, 2300) einen Teilabschnitt dieser gekrümmten Fläche (2320) dieses Spannbolzens (2300) überlappt und berührt, dadurch gekennzeichnet, daß obiger Nockenhebel (1900) einen Haken (1990) aufweist, der obigen Spannbolzen (2300) teilweise umfaßt diesen mit Reibungskraftschluß erfassen kann, um die Drehung dieses Nockenhebels (1900) um die Schwenkverbindung (210) zu obigem Hebelgehäuse (2000) zu begrenzen.

2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge obiger ersten Fläche (1940) dieses Nockenhebels (1900) so gewählt wird, daß sie bei gesperrtem Kippmechanismus (1900, 2000, 2300) im wesentlichen gleich einer gewünschten Länge der Überlappung zwischen dieser ersten Fläche (1940) und obiger gekrümmten Fläche (2320) ist, wobei dieser Schutzschalter (1000) weiter Mittel (2010, 2350, 2400, 2500) aufweist, um diese im wesentlichen ebene Fläche (2330) obigen Spannbolzens (2300) bei gesperrtem Kippmechanismus (1900, 2000, 2300) zum Kontakt mit dieser zweiten Fläche (1980) dieses Nockenhebels (1900) unter Vorspannung zu setzen, wodurch automatisch diese gewünschte Überlappungslänge erzielt wird.

3. Schutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß obige Mittel (2010, 2350, 2400, 2500) eine diesen Spannbolzen (2300) umfassende Schraubenfeder (2500) enthalten, die diese im wesentlichen ebene Fläche (2330) des Spannbolzens (2300) bei gesperrtem Kippmechanismus (1900, 2000, 2300) zum Kontakt mit dieser zweiten Fläche (1980) des Nockenhebels (1900) unter Vorspannung setzt.

4. Mehrpolschutzschalter mit mindestens ersten und zweiten Einpolschutzschaltermechanismen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dieser erste Einpolschutzschaltermechanismus ein Schutzschalter (1000) nach Anspruch 1, 2 oder 3 ist.