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WO2005024878A1 - Gegossene schaltwelle für leistungsschalter und entsprechendes herstellungsverfahren - Google Patents

Gegossene schaltwelle für leistungsschalter und entsprechendes herstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2005024878A1
WO2005024878A1 PCT/DE2004/001757 DE2004001757W WO2005024878A1 WO 2005024878 A1 WO2005024878 A1 WO 2005024878A1 DE 2004001757 W DE2004001757 W DE 2004001757W WO 2005024878 A1 WO2005024878 A1 WO 2005024878A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaft
switching
cast
bolt
coupling device
Prior art date
Application number
PCT/DE2004/001757
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sezai TÜRKMEN
Artur Wajnberg
Detlev Schmidt
Günter Seidler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2005024878A1 publication Critical patent/WO2005024878A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/1009—Interconnected mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H2009/0088—Details of rotatable shafts common to more than one pole or switch unit

Definitions

  • the present invention relates to a selector shaft for an electrical switching device with a cast shaft shaft, at least one arm that extends radially outward from the shaft shaft and is molded thereon, and a coupling device that is connected to the arm for power transmission to a component the electrical switching device or from it to the switching shaft. Furthermore, the present invention relates to a corresponding method for producing a selector shaft by providing a casting tool for the shaft shaft and the at least one lever and pouring out the casting tool.
  • switching shafts are seen as the interface from the drive to the switching pole.
  • the switching shaft converts the linear movement of the drive into a rotary movement with which the switching poles are moved.
  • Various rigid and movable coupling elements which establish the connection between the selector shaft and the selector pole, are used to transmit force or torque. These coupling elements are usually mounted on holes of the selector shaft with holes by means of bolts and associated securing elements. When designing such cantilevers as part of a selector shaft, the holes must be aligned exactly axially to ensure that the switching device functions properly. The production of such switching shafts is relatively complex and / or subject to wear.
  • a long slide which forms all of the holes, or several short slides, each for one arm, must be provided in the casting tool.
  • the short slides have the disadvantage that their displacement mechanism in the tool is relatively complex.
  • the long slides have the disadvantage that they are very wear-intensive components, since they have to be passed through a large number of bores with each casting and corresponding abrasion is the result. For this reason, the bushes in the tool or the slide itself must be subjected to permanent maintenance or replacement in the case of long slides, which is clearly reflected in the price of the tool and thus also in the price of the selector shaft.
  • a switching shaft for a multi-pole electrical circuit breaker is known from the publication EP 1 147 530 B1, the shaft shaft being formed by a section of a tubular semi-finished product made of a metal which has a higher melting point than the levers projecting from the shaft shaft and wherein the levers are attached to the shaft shaft.
  • the levers have a through opening near their outer end for receiving a hinge pin or bearing pin.
  • EP 0 992 046 B1 discloses a low-voltage circuit breaker with a switching shaft, at least a section of the central shaft and an associated part of the protruding levers as a one-piece switching shaft unit produced in a metal casting process are trained.
  • the one-piece shift shaft unit is made of die-cast aluminum.
  • the object of the present invention is therefore to propose shift shafts that can be manufactured precisely with a simpler tool.
  • this object is achieved by a switching shaft for an electrical switching device with a cast shaft shaft, at least one arm that extends radially outward from the shaft shaft and is molded onto it, and a coupling device that is connected to the arm , for power transmission to a component of the electrical switching device or from it to the switching shaft, wherein the coupling device is cast onto the at least one bracket.
  • the invention provides a method for producing a control shaft for an electrical switching device by providing a casting tool for a shaft shaft and at least one extension arm, which extends radially outward from the shaft shaft, and pouring out the casting tool, the casting tool providing a recess for Coupling device, which is used for power transmission to a component of the electrical switching device or from it to the switching shaft, on which has at least one arm and the coupling device is placed in the recess before casting.
  • the coupling device can have a bolt which is cast on the boom.
  • the coupling device then advantageously also comprises a coupling element which is rotatably mounted on the bolt. So that can be in itself rotatable coupling device can be cast onto the shift shaft without having to take tolerances between bolts and holes into the brackets.
  • the bolt advantageously has a groove in the circumferential direction, a cord or
  • the liquid die-cast material can flow into the groove screwed into the bolt, for example, so that a secure positive fit is required after it has solidified.
  • smooth bolts can also be poured into the brackets, which are then completely cast on their end faces or held axially by cast-on half-shells.
  • the selector shaft is preferably made by die casting. Basically, however, is also a manufacture from one
  • Suitable plastic material that can withstand the stresses that occur.
  • the selector shaft according to the invention can advantageously be used in an electrical switching device. Use with circuit breakers is particularly advantageous.
  • the production method according to the invention has the following advantages: a.
  • the backlash at the connection point between the bolts and the brackets can be reduced to zero. This allows the overall play of a movement chain to be reduced and the construction of the movement apparatus to be carried out more precisely, so that a corresponding circuit breaker has a longer service life.
  • Securing elements for the bolts can be saved. This also eliminates the risk of the securing elements coming off the bolts as a result of impact stress.
  • the assembly time for coupling the selector shaft to coupling elements can be shortened.
  • the time for inserting the coupling devices into the casting tool is namely practically negligible compared to the time for mounting bolts and coupling elements on the supports by securing elements.
  • the overall tolerances can be reduced by pouring.
  • the reduction in both the shape and the positional tolerances between bolts and tabs significantly reduces the tolerance chain.
  • the tooling costs are reduced by the inventive design of the selector shafts, since wear is reduced and no complex slides are necessary.
  • the switching shaft for a circuit breaker shown in the figure is made of die-cast aluminum. You sits a shaft shaft 1, to which several arms 2, 2 ', 3,
  • the bolts and the rotatably mounted coupling elements 6, 7, 8 are inserted into the mold.
  • the bolts 9, 10, 11 are overmolded at the connection points to the selector shaft 1 or to its arms 2, 2 ', 3, 3', 4, 4 '.
  • the movable elements, namely the coupling elements 6, 7 and 8, are protected by suitable seals, for example hardened cutting edges on the casting tool.
  • the bolts 9, 10, 11 are pressed in slightly during casting, and no casting material can reach the coupling elements 6, 7, 8 during the casting process beyond the desired locations, for example.
  • the bolts 9, 10, 11 can be axially secured in different ways in the brackets.
  • the bolt 10 shown in the middle of the figure has a groove 12 in the circumferential direction. This groove is poured out with liquid metal during casting, so that after the metal has solidified, the bolt 10 is axially fixed in the brackets 3, 3 '. In the figure, the boom 3 has broken out so that the groove 12 in the bolt 10 is visible.
  • the bolt 9 is made smooth.
  • the axial fixation of the bolt 9 takes place here on both end ten of the boom 2 cast-on half-shells 13, 14 smooth
  • bolts 9 can also be axially fixed in that they are completely cast into the respective brackets on the end faces (not shown in the figure).

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Die Herstellung von Schaltwellen für Leistungsschalter soll vereinfacht und verbessert werden. Daher werden Kopplungseinrichtungen (6, 9; 7, 10; 8, 11) direkt an die Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') angegossen. Hierzu werden die Kopplungseinrichtungen gegebenenfalls bestehend aus jeweils einem Bolzen (9, 10, 11) und einem Koppelelement (6, 7, 8) in das entsprechende Gusswerkzeug eingelegt. Damit kann auf verschleißintensive oder aufwändige Schieber zum Erzeugen von Bohrungen in dem Gusswerkzeug verzichtet werden. Darüber hinaus sind die Bolzen in den Auslegern spielfrei gelagert, axial gesichert und es kann auf Sicherungselemente verzichtet werden.

Description

Beschreibung
Gegossene Schaltwelle für Leistungsschalter und entsprechendes Herstellungsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrichtung mit einem gegossenen Wellenschaft, mindestens einem Ausleger, der sich von dem Wellenschaft radial nach außen erstreckt und an diesen angegossen ist, und einer Kopplungseinrichtung, die mit dem Ausleger verbunden ist, zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr auf die Schaltwelle. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Schaltwelle durch Bereitstellen eines Gusswerkzeugs für den Wellenschaft und den mindestens einen Hebel sowie Ausgießen des Gusswerkzeugs .
Bei Leistungsschaltern werden Schaltwellen als Schnittstelle vom Antrieb zum Schaltpol gesehen. Durch die Schaltwelle wird in der Regel die lineare Bewegung des Antriebs in eine Drehbewegung umgesetzt, mit der die Bewegung der Schaltpole bewirkt wird. Zur Kraft- bzw. Momentenübertragung werden diverse starre und bewegliche Koppelelemente, die die Verbindung zwischen der Schaltwelle und dem Schaltpol herstellen, verwendet. Diese Koppelelemente werden üblicherweise an mit Bohrungen versehenen Auslagern der Schaltwelle mittels Bolzen und zugehörigen Sicherungselementen montiert. Bei der Ausführung solcher Ausleger als Bestandteil einer Schaltwelle müs- sen die Bohrungen exakt axial ausgerichtet sein, um die einwandfreie Funktion des Schaltgeräts sicherzustellen. Die Herstellung solcher Schaltwellen ist verhältnismäßig aufwändig und/oder verschleißbehaftet. Um nämlich die Bohrungen in sämtlichen Auslegern der Schaltwelle exakt herstellen zu können, ist in dem Gusswerkzeug entweder ein langer Schieber vorzusehen, der sämtliche Bohrungen ausformt, oder mehrere kurze Schieber jeweils für einen Ausleger. Die kurzen Schieber haben den Nachteil, dass deren Verschiebungsmechanismus im Werkzeug verhältnismäßig aufwändig ist. Die langen Schieber haben dagegen den Nachteil, dass sie sehr verschleißin- tensive Bauteile sind, da sie bei jedem Guss durch eine Vielzahl von Bohrungen geführt werden müssen und ein entsprechender Abrieb die Folge ist. Daher müssen bei langen Schiebern die Buchsen im Werkzeug bzw. die Schieber selbst einer permanenten Instandhaltung unterzogen oder ausgetauscht werden, was sich deutlich im Preis des Werkzeugs und somit auch im Preis der Schaltwelle wiederspiegelt.
In diesem Zusammenhang ist aus der Druckschrift EP 1 147 530 Bl eine Schaltwelle für einen mehrpoligen elektrischen Leis- tungsschalter bekannt, wobei der Wellenschaft durch einen Abschnitt eines rohrförmigen Halbzeuges aus einem Metall gebildet ist, das einen höheren Schmelzpunkt als die von dem Wellenschaft abragenden Hebel aufweist und wobei die Hebel auf dem Wellenschaft befestigt sind. Zur Aufnahme eines Gelenk- stifts oder Lagerbolzens besitzen die Hebel nahe ihrem äußerem Ende eine Durchgangsöffnung.
Ferner ist aus der Druckschrift EP 0 992 046 Bl eine Nie- derspannungs-Leistungsschalter mit einer Schaltwelle bekannt, wobei wenigstens ein Abschnitt des zentralen Schafts und ein zugehöriger Teil der abragenden Hebel als in einem Metall- Gießverfahren hergestellte einstückige Schaltwelleneinheit ausgebildet sind. Die einstückige Schaltwelleneinheit wird aus Aluminium-Druckguss hergestellt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Schaltwellen vorzuschlagen, die mit einem einfacheren Werkzeug exakt hergestellt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schalt- welle für eine elektrische Schaltvorrichtung mit einem gegos- senen Wellenschaft, mindestens einem Ausleger, der sich von dem Wellenschaft radial nach außen erstreckt und an diesen angegossen ist, und einer Kopplungseinrichtung, die mit dem Ausleger verbunden ist, zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr zu der Schaltwelle, wobei die Kopplungseinrichtung an den mindestens einen Ausleger angegossen ist.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrich- tung durch Bereitstellen eines Gusswerkzeugs für einen Wellenschaft und mindestens einen Ausleger, der sich von dem Wellenschaft radial nach außen erstreckt, und Ausgießen des Gusswerkzeugs, wobei das Gusswerkzeug eine Aussparung für eine Kopplungseinrichtung, die zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr zur Schaltwelle dient, an dem mindestens einen Ausleger besitzt und die Kopplungseinrichtung vor dem Gießen in der Aussparung platziert wird.
Die Kopplungseinrichtung kann einen Bolzen aufweisen, der an dem Ausleger angegossen ist. Vorteilhafterweise umfasst die Kopplungseinrichtung dann auch ein Kopplungselement, das an dem Bolzen drehbar gelagert ist. Damit kann eine in sich drehbare Kopplungseinrichtung an die Schaltwelle angegossen werden, ohne dass Toleranzen zwischen Bolzen und Bohrungen in den Auslegern berücksichtigt werden müssten. Vorteilhafterweise besitzt der Bolzen in dem Bereich, in dem er eingegos- sen ist, eine Nut in Umfangsrichtung, eine Kordelung oder
Rändelung zur axialen Fixierung an der Schaltwelle. In die in den Bolzen beispielsweise eingedrehte Nut kann das flüssige Druckgussmaterial fließen, so dass nach dessen Erstarrung ein sicherer Formschluss geboten ist. Es können aber auch glatte Bolzen in die Ausleger eingegossen werden, die dann an ihren Stirnseiten komplett eingegossen oder durch angegossene Halbschalen axial gehalten werden.
Die Schaltwelle wird vorzugsweise durch Druckguss gefertigt. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Herstellung aus einem
Kunststoffmaterial geeignet, das den auftretenden Beanspru- chungen widerstehen kann.
Die erfindungsgemäße Schaltwelle lässt sich vorteilhafterwei- se in einer elektrischen Schaltvorrichtung einsetzen. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz bei Leistungsschaltern.
Gegenüber konventioneller Montagetechnik mit der Fixierung von Bolzen mit Ausstichen durch Sicherungselemente ergeben sich durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren folgende Vorteile: a. Die Spielfreiheit an der Verbindungsstelle zwischen Bolzen und Auslegern kann auf Null reduziert werden. Damit lässt sich das Gesamtspiel einer Bewegungskette reduzieren und somit der Aufbau des Bewegungsapparats präziser ausführen, so dass ein entsprechender Leistungsschalter eine höhere Lebensdauer erhält. b. Sicherungselemente für die Bolzen können eingespart werden. Dadurch kann auch die Gefahr beseitigt werden, dass durch Schlagbeanspruchung die Sicherungselemente von den Bolzen abgehen. c. Die Montagezeit zum Ankoppeln der Schaltwelle an Kopplungselemente kann verkürzt werden. Die Zeit zum Einlegen der Kopplungseinrichtungen in das Gusswerkzeug ist nämlich gegenüber der Zeit zum Montieren von Bolzen und Koppelelementen an den Auslagern durch Sicherungselemente praktisch vernachlässigbar. d. Die Gesamttoleranzen können durch das Eingießen verrin- gert werden. Die Verringerung sowohl der Form- als auch der Lagetoleranzen zwischen Bolzen und Laschen vermindert die Toleranzkette deutlich. e. Schließlich werden durch die erfindungsgemäße Gestal- tung der Schaltwellen die Werkzeugkosten gesenkt, da der Verschleiß reduziert und keine aufwändigen Schieber notwendig sind.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schaltwelle wiedergibt.
Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugt Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Die in der Figur dargestellte Schaltwelle für einen Leistungsschalter ist aus Aluminium-Druckguss gefertigt. Sie be- sitzt einen Wellenschaft 1, an den mehrere Ausleger 2, 2', 3,
3', 4, 4' und 5 angegossen sind. An die drei Auslegerpaare 2, 2' und 3, 3' sowie 4, 4' werden die Schalter für die einzelnen Pole der Schaltvorrichtung angekoppelt. Zum Ankoppeln werden Koppelelemente 6, 7 und 8 verwendet, die jeweils in Bolzen 9, 10 und 11 drehbar gelagert sind. Die Bolzen 9, 10 und 11 sind jeweils in ein Auslegerpaar 2, 2', 3, 3', 4, 4' unbeweglich an dessen distalen Ende eingegossen.
Bei der Herstellung werden die Bolzen und die drehbar gelagerten Koppelelemente 6, 7, 8 in die Gussform eingelegt. Beim Gießen werden die Bolzen 9, 10, 11 an den Verbindungsstellen zur Schaltwelle 1 bzw. zu deren Auslegern 2, 2', 3, 3', 4, 4' umgössen. Die beweglichen Elemente, nämlich die Koppelelemen- te 6, 7 und 8, werden durch geeignete Abdichtungen, beispielsweise gehärtete Schneidkanten an dem Gusswerkzeug geschützt. Dadurch werden die Bolzen 9, 10 , 11 beim Gießen leicht eingedrückt, und es kann kein Gussmaterial während des Gießvorgangs über die gewünschten Stellen hinaus beispiels- weise zu den Koppelelementen 6, 7, 8 gelangen.
Die Bolzen 9, 10 , 11 können in den Auslegern unterschiedlich axial gesichert werden. Der in der Mitte der Figur dargestellte Bolzen 10 besitzt in Umfangsrichtung eine Nut 12. Diese Nut wird beim Gießen mit flüssigem Metall ausgegossen, so dass nach dem Erstarren des Metalls eine axiale Fixierung des Bolzens 10 in den Auslegern 3, 3' gegeben ist. In der Figur ist der Ausleger 3 ausgebrochen, damit die Nut 12 im Bolzen 10 sichtbar wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform gemäß dem linken Teil der Figur ist der Bolzen 9 glatt ausgeführt. Die axiale Fixierung des Bolzens 9 erfolgt hier durch an beiden Stirnsei- ten des Auslegers 2 angegossene Halbschalen 13, 14. Glatte
Bolzen 9 können aber auch dadurch axial fixiert werden, dass sie an den Stirnseiten komplett in die jeweiligen Ausleger eingegossen werden (in der Figur nicht dargestellt) .

Claims

Patentansprüche
1. Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrichtung mit einem gegossenen Wellenschaft (1) , - mindestens einem Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4'), der sich von dem Wellenschaft radial nach außen erstreckt und an diesen angegossen ist, und einer Kopplungseinrichtung (6 bis 11) , die mit dem Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') kraftschlüssig verbunden ist, zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr zur Schaltwelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) an den mindestens einen Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') angegossen ist.
2. Schaltwelle nach Anspruch 1, wobei die Kopplungseinrichtung (β bis 11) einen Bolzen (9, 10, 11) umfasst, der an den Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') angegossen ist.
3. Schaltwelle nach Anspruch 2, wobei die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) ein Koppelelement (6, 7, 8), das an dem Bolzen (9, 10, 11) drehbar gelagert ist, umfasst.
4. Schaltwelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Bolzen (9, 10, 11) in dem Bereich, in dem er eingegossen ist, eine Nut
(12) in Umfangsrichtung oder einen Vorsprung in radialer Richtung zur axialen Fixierung aufweist.
5. Schaltwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die durch Aluminium-Druckguss gefertigt ist.
6. Schaltvorrichtung mit einer Schaltwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, die als Leistungsschalter ausgestaltet ist.
8. Verfahren zum Herstellen einer Schaltwelle für eine elektrische Schaltvorrichtung durch
- Bereitstellen eines Gusswerkzeugs für einen Wellenschaft (1) und mindestens einen Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4'), der sich von dem Wellenschaft (1) radial nach außen er- streckt, und
- Ausgießen des Gusswerkzeugs d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Gusswerkzeug eine Aussparung für eine Kopplungseinrichtung (6 bis 11) , die zur Kraftübertragung auf eine Komponente der elektrischen Schaltvorrichtung oder von ihr zur Schaltwelle dient, an dem mindestens einen Ausleger (2, 2', 3, 3', 4, 4') besitzt und die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) vor dem Gießen in der Aussparung platziert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kopplungseinrichtung (6 bis 11) einen Bolzen (9, 10, 11) und ein daran drehbar gelagertes Koppelelement (6, 7, 8) besitzt und das Gusswerkzeug gehärtete Schneidkanten als Abdichtung des Bolzens (6, 7, 8) und somit der Kopplungseinrichtung (6 bis 11) gegenüber den Auslegern (2, 3, 4) aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Schaltwelle durch Druckguss gefertigt wird.
PCT/DE2004/001757 2003-08-28 2004-07-30 Gegossene schaltwelle für leistungsschalter und entsprechendes herstellungsverfahren WO2005024878A1 (de)

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DE10340226A1 (de) 2005-03-31

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