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Dokumentenidentifikation DE102007003403A1 26.06.2008
Titel Elektrischer Schalter
Anmelder ABB AG, 68309 Mannheim, DE
Erfinder Muders, Erwin, 69126 Heidelberg, DE;
Süß, Wolfgang, Dipl.-Ing., 09471 Königswalde, DE
DE-Anmeldedatum 23.01.2007
DE-Aktenzeichen 102007003403
Offenlegungstag 26.06.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.06.2008
IPC-Hauptklasse H01H 71/66(2006.01)A, F, I, 20070123, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit einem Hauptstrompfad und mit einem eine Trennkontaktstelle (37) mit einem an einem in einer ortsfesten Drehachse (33) schwenkbar gelagerten Kontaktträger (34) befestigten beweglichen (36) und einem feststehenden (38) Kontaktstück aufweisenden Nebenstrompfad, mit einem in seinen einzelnen Komponenten in einer Platinenhalterung (14) gelagerten Schaltschloss, mit dem die Hauptkontaktstelle und die Trennkontaktstelle (37) betätigbar sind, und mit einem Schaltknebel (24), mit dem das Schaltschloss und die Haupt- und Trennkontaktstelle (37) betätigbar sind, wobei bei Verbringen des Schaltknebels (24) aus einer Ausschalt- über eine Mittel- in eine Einschaltposition der Kontaktträger (34) unter Einwirkung des Schaltschlosses und der Kraft einer Kontaktschließfeder (31) der Kontaktträger (34) in Richtung Schließen der Trennkontaktstelle (37) verschwenkt wird. In einer ortsfesten Drehachse (22) ist ein doppelarmiger Verzögerungshebel (19) mit einem ersten, schaltgriffseitigen, mit einem Steuerelement (25) des Schaltknebels (24) zusammenwirkenden Hebelarm (21), und einem zweiten, kontaktseiten Hebelarm (20), korrespondierend mit der Stellung des Schaltknebels (24) zwischen einer Ausschalt- und einer Kontaktstellung verschwenkbar gelagert, wobei die gegenseitige Anordnung von Kontaktträger (34), Verzögerungshebel (19) und Schaltknebel (24) mit Steuerelement (25) so eingerichtet ist, dass der Verzögerungshebel (19) mit seinem ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Schalter ist beispielsweise in der DE 195 26 591 A1 und in der DE 195 26 592 C2 beschrieben.

Er hat einen Hauptstrompfad, in dem sich eine Hauptkontaktstelle befindet, die ein feststehendes und ein bewegbares Kontaktstück umfasst, wobei das bewegbare Kontaktstück an einem in einer ortsfesten Drehachse schwenkbar gelagerten Kontakthebelarm befestigt ist.

Weiterhin hat ein gattungsgemäßer Schalter einen Nebenstrompfad, in dem sich eine Trennkontaktstelle – auch Nebenkontaktstelle genannt – befindet, die ebenfalls ein feststehendes und ein bewegliches Kontaktstück umfasst, wobei das bewegliche Kontaktstück an einem in einer ortsfesten Drehachse schwenkbar gelagerten Kontaktträger befestigt ist, und auf den in einem Kurzschlussfall der Strom von dem Hauptstrompfad kommutiert wird.

Ein solcher gattungsgemäßer Schalter wird beispielsweise als selektiver Hauptleitungsschutzschalter eingesetzt. Er umfasst dann noch weitere Baugruppen, insbesondere wenigstens einen thermischer Überstrom-Auslöser und einen elektromagnetischen Kurzschlussauslöser.

Die Hauptkontaktstelle und die Nebenkontaktstelle sind mit einem Schaltknebel und mit einem mit seinen einzelnen Komponenten in einer Platinenhalterung gelagerten Schaltschloss betätigbar.

Wenn ein gattungsgemäßer Schalter als selektiver Hauptleitungsschutzschalter betrieben wird, wird beim Einschalten zuerst die Trennkontaktstelle und dann die Hauptkontaktstelle geschlossen. Die zeitliche Abfolge des Schließens der beiden Kontaktstellen wird dabei über die Bewegung des Schaltknebels gesteuert. Da diese von einem menschlichen Bediener ausgeführt wird, ist sie je nach Person des Bedieners unterschiedlich schnell und daher sehr schwankend.

Im Fehlerfall soll der zeitliche Schaltabstand zwischen der Einschaltung der Trennkontaktstelle und der Hauptkontaktstelle groß sein, um zu gewährleisten, dass nach dem Schließen der Trennkontaktstelle eine Auslösung stattfindet, bevor noch die Hauptkontaktstelle schließen konnte.

Wird im Normalbetrieb auf Nennstrom geschaltet, dann soll jedoch nach dem Schließen der Trennkontaktstelle die Hauptkontaktstelle so schnell geschlossen werden, dass der thermische Auslöser im Nebenstrompfad sich nicht bereits so weit erwärmt, das er eine Auslösung herbeiführt.

Wenn der Schaltknebel zu langsam betätigt wird, dann überträgt sich über das Schaltschloss die geringe Schaltgeschwindigkeit des Schaltknebels auch auf die Einschaltgeschwindigkeit der Trennkontaktstelle, so dass es zu einer schleichenden Kontaktgabe und dadurch zu hohem Abbrand an der Trennkontaktstelle kommen kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Schalter so weiterzuentwickeln, das die Einschaltgeschwindigkeit der Trennkontaktstelle unabhängig von der Einschaltgeschwindigkeit des Schaltknebels wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen gattungsgemäßen Schalter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß also ist in einer ortsfesten Drehachse ein doppelarmiger Verzögerungshebel mit einem ersten, schaltgriffseitigen, mit einem Steuerelement des Schaltknebels zusammenwirkenden Hebelarm, und einem zweiten, kontaktseitigen Hebelarm, korrespondierend mit der Stellung des Schaltknebels zwischen einer Ausschalt- und einer Kontaktstellung verschwenkbar gelagert, wobei die gegenseitige Anordnung von Kontakthebel, Verzögerungshebel und Schaltknebel mit Steuerelement so eingerichtet ist, dass der Verzögerungshebel, mit seinem zweiten Hebelarm den Kontaktträger blockiert und so ein Schließen der Trennkontaktstelle verhindert ist, bevor der Schaltknebel seine Mittelposition überschritten hat, und dass nach Überschreiten der Mittelposition des Schaltknebels der Verzögerungshebel den Kontaktträger freigibt, so dass dann der Kontaktträger unter der Einwirkung der Kontaktschließfeder sprungartig die Trennkontaktstelle schließt.

Bei einem erfindungsgemäßen Schalter wird also bei einer Einschaltbewegung des Schaltknebels die Trennkontaktstelle solange offen gehalten, bis der Schaltknebel eine Mittelposition erreicht hat, und zwar unabhängig davon, wie schnell der Bediener den Schaltknebel bewegt. Bei Überschreiten der Mittelposition erfolgt dann ein sprungartiges Schließen der Trennkontaktstelle, welches auch wieder unabhängig davon ist, wie schnell der Bediener den Schaltknebel über die Mittelposition bewegt. Die Mittelposition des Schaltknebels ist gewissermaßen eine Totpunktstellung, bei deren Überschreitung sprungartig der Kontaktträger freigegeben und dadurch die Trennkontaktstelle sprungartig geschlossen wird. Der zeitliche Vorlauf der Trennkontaktstellenschließung zum Schließen der Hauptkontaktstelle lässt sich dabei durch die Festlegung der Mittelposition innerhalb des Bewegungsweges des Schaltknebels vorbestimmen. Die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik sind bei einem erfindungsgemäßen Schalter somit überwunden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat der erste Hebelarm des Verzögerungshebels einen Nasenfortsatz, und das Steuerelement an dem Schaltknebel ist so angeordnet, dass es bei Überschreiten der Mittelposition des Schaltknebels auf den Nasenfortsatz trifft und bei weiterem Verschwenken in die Ausschaltposition über diesen den Verzögerungshebel in seine Kontaktstellung verschwenkt.

Das Steuerelement kann dabei gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform eine bogenförmige Leiste sein, die an die Innenkontur des Schaltknebels anliegend so angebracht ist, dass sie vor Erreichen der Mittelposition des Schaltknebels den Nasenfortsatz nicht berührt und bei Überschreiten der Mittelposition mit ihrer Flanke mit dem Nasenfortsatz zusammenwirkt. Durch das Zusammenwirken der Flanke der Leiste mit dem Nasenfortsatz an dem Verzögerungshebel wird dieser unmittelbar nach dem Überschreiten der Mittelposition des Schaltknebels in seine Kontaktstellung verschwenkt. Der Verschwenkungsweg zwischen der Ausschalt- und der Kontaktstellung des Verzögerungshebels ist dabei sehr gering, und dadurch wird die Kontaktstellung des Verzögerungshebels nahezu unabhängig von der Geschwindigkeit erreicht, mit der der Schaltknebel seine Mittelposition durchläuft.

Zur Freigabe des Kontaktträgers durch den Verzögerungshebel in dessen Kontaktstellung sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform vor, dass der Kontaktträger eine Aussparung aufweist, die so angeordnet ist, dass sie das freie Ende des zweiten Hebelarmes des Verzögerungshebels in dessen Kontaktstellung aufnimmt, so dass dadurch die Blockade des Kontaktträgers durch den Verzögerungshebel aufgehoben ist. Die Aussparung ist dabei so tief ausgebildet, dass der Weg, den das freie Ende des zweiten Hebelarmes in ihr zurücklegen kann, mindestens so groß ist wie der Abstand zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktstück in der Position, in der der Kontaktträger durch den Verzögerungshebel blockiert ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Verzögerungshebels in der Platinenhalterung des Schaltschlosses gelagert ist. Dadurch wird der Aufbau eines erfindungsgemäßen Schalters einfach.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

1: das Schaltschloss eines erfindungsgemäßen Schalters bei geöffneter Trennkontaktstelle, sowie

2: das Schaltschloss eines erfindungsgemäßen Schalters kurz vor dem sprunghaften Schließen der Trennkontaktstelle.

Es werde zunächst die 1 betrachtet. Das dort gezeigte Schaltwerk eines erfindungsgemäßen Schalters umfasst ein in einer Platinenhalterung, von der in der 1 nur eine Schaltwerksplatine 14 dargestellt ist, gelagertes Schaltschloss, welches über einen mit einem Schaltgriff 23 in Pfeilrichtung P betätigbaren Schaltknebel 24 von der Ausschaltposition der 1 über die Mittelposition, hier auch als Sprungposition bezeichnet, gemäß der 2 in eine Einschaltposition, hier nicht dargestellt, verbracht werden kann.

Das Schaltschloss wirkt dabei auf einen in einer ortsfesten Drehachse 33 gelagerten Kontaktträger 34, der an seinem freien Ende einen Kontakthebel 35 mit einem beweglichen Kontaktstück 36 trägt, welches zusammen mit einem feststehenden Kontaktstück 38 eine Trennkontaktstelle 37 bildet. Eine in einem erfindungsgemäßen Schalter vorhandene und ebenfalls über das Schaltschloss betätigbare Hauptkontaktstelle ist hier nicht dargestellt.

Der Kontaktträger 34 ist über eine Kontaktschließfeder 31, siehe 2, in Schließrichtung beaufschlagt. In der Ausschaltposition gemäß 1 hält das Schaltschloss den Kontaktträger 34 entgegen der Kraftwirkung der Kontaktschließfeder in der Öffnungsposition, in der das feststehende und das bewegliche Kontaktstück 36, 38 weit voneinander beabstandet sind.

In einer in der Schaltwerksplatine 14 gelagerten ortsfesten Drehachse 22 ist ein zweiarmiger Verzögerungshebel 19 gelagert. Das freie Ende von dessen erstem, schaltgriffseitigen Hebelarm 21 liegt mit einem daran angebrachten Nasenfortsatz 39 an der kreisförmigen Innenfläche des Schaltknebels 24 an. Dort ist ebenfalls eine kreisbogenförmige Segmentkontur 25 in Form einer kreisbogenförmigen Leiste an die Innenfläche des Schaltknebels 24 angeformt. Zwischen der dem Nasenfortsatz 39 zugewandten Flanke 40 der Leiste 25 und dem Nasenfortsatz 39 ist eine freie Strecke X vorhanden, um die der Schaltknebel 24 in Pfeilrichtung P hin zur Einschaltposition verdreht werden kann, ohne dass die Flanke 40 der Leiste 25 auf den Nasenfortsatz 39 trifft.

Der erste Hebelarm 21 trägt an seinem freien Ende weiterhin einen nockenförmigen Ansatz 41, dessen kreisförmige Oberflächenkontur der kreisbogenförmigen Innenkontur der Leiste 25 angepasst ist. Bei einer Verdrehung des Schaltknebels 24 in Pfeilrichtung P gleitet somit die Leiste 25 an dem nockenförmigen Ansatz 41 entlang und wird durch diesen geführt.

An dem zweiten, kontaktseitigen Hebelarm 20 trägt der Verzögerungshebel 19 eine Haltenase 18.

Wenn der Schaltknebel 24 eine Einschaltbewegung in Pfeilrichtung P vollführt, so wirkt er mit dem Schaltschloss zusammen, so dass zunächst der Kontaktträger 34 sich kontinuierlich in Richtung auf das feststehende Kontaktstück 38 hin bewegt, bis er mit seinem Rücken 42 an der Haltenase 18 des zweiten Hebelarmes 20 anschlägt. Eine weitere Bewegung des Kontaktträgers 34 hin zur Schließposition ist dadurch blockiert, das bewegliche Kontaktstück 36 bleibt in einem Abstand a von dem feststehenden Kontaktstück stehen, siehe 2.

Der Auftreffpunkt der Haltenase 18 auf dem Rücken 42 liegt dabei an einer Kante 43, an der der Rücken 42 des Kontaktträgers 34 in eine Aussparung 44 übergeht.

Die Blockade des Kontaktträgers 34 dauert so lange, bis der Schaltknebel in seiner Mittelposition gemäß 2 angekommen ist. Dabei spielt es keine Rolle, Wie schnell der Schaltknebel in diese Mittelposition verbracht wird.

In der Mittelposition stößt die Flanke 40 der Leiste 25 an den Nasenfortsatz 39 des ersten Hebelarmes 21. Wenn nun der Schaltknebel 24 über die Mittelposition gemäß der 2 hinaus weiter in Richtung auf die Einschaltposition hin verschwenkt wird, so bewegt die Leiste 25 über ihre Flanke 40 im Zusammenwirken mit dem Nasenfortsatz 39 den Verzögerungshebel 19 weiter im Uhrzeigersinn.

Eine sehr kleine Verdrehung des Verzögerungshebels 19 genügt dabei, dass die Haltenase 18 in die Aussparung 44 fällt. Wenn das geschieht, ist die Blockade des Kontaktträgers 34 aufgehoben, er kann sich, angetrieben durch die Kraft der Kontaktschließfeder 31 weiter entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung auf die Schließposition hin bewegen, solange, bis das bewegliche Kontaktstück 36 auf das feststehende Kontaktstück 38 trifft und die Trennkontaktstelle 37 somit geschlossen ist. Die Tiefe der Aussparung 44 ist so bemessen, dass die Haltenase 18 nicht vor dem Erreichen der Schließposition wieder am Boden der Aussparung 44 auftreffen kann.

Wegen der großen Kraft der Kontaktschließfeder 31 geschieht das Schließen der Trennkontaktstelle 37 nach dem Überschreiten der Mittelposition des Schaltknebels 24 sehr schnell, gewissermaßen sprungartig. Die Schließgeschwindigkeit der Trennkontaktstelle 37 hängt dabei nur von der Federkraft der Kontaktschließfeder 31 ab, und nicht von der Verdrehgeschwindigkeit, mit der der Schaltknebel 24 über die Mittelposition hinweg verdreht wird. Bezugszeichenliste 14 Schaltwerksplatine 18 Haltenase 19 Verzögerungshebel 20 zweiter Hebelarm 21 Erster Hebelarm 22 Ortsfeste Drehachse 23 Schaltgriff 24 Schaltknebel 25 Steuerelement, Segmentkontur 31 Kontaktschließfeder 33 Ortsfeste Drehachse 34 Kontaktträger 35 Freies Ende 36 Bewegliches Kontaktstück 37 Trennkontaktstelle 38 Feststehendes Kontaktstück 39 Nasenfortsatz 40 Flanke 41 nockenförmiger Ansatz 42 Rücken 43 Kante 44 Aussparung


Anspruch[de]
Elektrischer Schalter mit einem Hauptstrompfad und mit einem eine Trennkontaktstelle (37) mit einem an einem in einer ortsfesten Drehachse (33) schwenkbar gelagerten Kontaktträger (34) befestigten beweglichen (36) und einem feststehenden (38) Kontaktstück aufweisenden Nebenstrompfad, mit einem in seinen einzelnen Komponenten in einer Platinenhalterung (14) gelagerten Schaltschloss, mit dem die Hauptkontaktstelle und die Trennkontaktstelle (37) betätigbar sind, und mit einem Schaltknebel (24), mit dem das Schaltschloss und die Haupt- und Trennkontaktstelle (37) betätig bar sind, wobei bei Verbringen des Schaltknebels (24) aus einer Ausschalt- über eine Mittel- in eine Einschaltposition der Kontaktträger (34) unter Einwirkung des Schaltschlosses und der Kraft einer Kontaktschließfeder (31) der Kontaktträger (34) in Richtung Schließen der Trennkontaktstelle (37) verschwenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ortsfesten Drehachse (22) ein doppelarmiger Verzögerungshebel (19) mit einem ersten, schaltgriffseitigen, mit einem Steuerelement (25) des Schaltknebels (24) zusammenwirkenden Hebelarm (21), und einem zweiten, kontaktseitigen Hebelarm (20), korrespondierend mit der Stellung des Schaltknebels (24) zwischen einer Ausschalt- und einer Kontaktstellung verschwenkbar gelagert ist, wobei die gegenseitige Anordnung von Kontaktträger (34), Verzögerungshebel (19) und Schaltknebel (24) mit Steuerelement (25) so eingerichtet ist, dass der Verzögerungshebel (19) mit seinem zweiten Hebelarm (20) den Kontaktträger (34) blockiert und so ein Schließen der Trennkontaktstelle (37) verhindert ist, bevor der Schaltknebel (24) seine Mittelposition überschritten hat, und dass nach Überschreiten der Mittelposition des Schaltknebels (24) der Verzögerungshebel (19) den Kontaktträger (34) freigibt, so dass dieser dann unter der Einwirkung der Kontaktschließfeder (31) sprungartig die Trennkontaktstelle (37) schließt. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebelarm (21) einen Nasenfortsatz (39) aufweist, und das Steuerelement (25) an dem Schaltknebel (24) so angeordnet ist, dass es bei Überschreiten von dessen Mittelposition auf den Nasenfortsatz (39) trifft und bei weiterem Verschwenken in die Ausschaltposition über diesen den Verzögerungshebel (19) in seine Kontaktstellung verschwenkt. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (25) eine bogenförmige Leiste ist, die an die Innenkontur des Schaltknebels (24) anliegend so angebracht ist, dass sie vor Erreichen der Mittelposition des Schaltknebels (24) den Nasenfortsatz (39) nicht berührt und bei Überschreiten der Mittelposition mit ihrer Flanke (40) mit dem Nasenfortsatz (39) zusammenwirkt. Elektrischer Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (34) eine Aussparung (44) aufweist, die so angeordnet ist, dass sie das freie Ende des zweiten Hebelarmes (20) des Verzögerungshebels (19) in dessen Kontaktstellung aufnimmt, so dass dadurch die Blockade des Kontaktträgers (34) durch den Verzögerungshebel (19) aufgehoben ist. Elektrischer Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (22) des Verzögerungshebels (19) in der Platinenhalterung (14) des Schaltschlosses gelagert ist.






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