Anordnung zur Lagerung einer Schaltwelle eines elektrischen Schalters und Niederspannungs-Leistungsschalter mit einer Anordnung zur Lagerung der Schaltwelle

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der konstruktiven Gestaltung eines insbesondere in Niederspannungsnetzen eingesetzten elektrischen Schalters und ist bei der Ausgestaltung einer Anordnung zur Lagerung einer Schaltwelle eines solchen Schalters anzuwenden, die zumindest eine mit einer Lagerfläche zur drehbaren Lagerung der Schaltwelle versehene Lagerbaugruppe aufweist.

Eine derartige Anordnung zur Lagerung einer Schaltwelle ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 199 48 716 C1 bekannt.

Mit Vorteil wird die Schaltwelle eines Niederspannungs-Leistungsschalters durch ihre Anordnung zur Lagerung geometrisch entweder der Schaltpol-Baugruppe oder aber der Antriebs-Baugruppe zugeordnet, um ein einwandfreies Zusammenspiel der Schaltwelle mit der Baugruppe, der sie zugeordnet wurde, schon vor dem Zusammenbau des Schalters testen zu können. Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer Schaltpol-Baugruppe eine Baugruppe verstanden, die einen oder mehrere, in einem gemeinsamen Gehäuse oder in separaten, fest miteinander verbundenen Gehäuseteilen angeordnete Schaltpole umfasst. Jeder dieser Schaltpole weist dabei einen oder mehrere, aus jeweils einer feststehenden und einer beweglichen Schaltkontaktanordnung bestehende Schaltkontaktsysteme auf. Üblicherweise ist dabei jede der beweglichen Schaltkontaktanordnungen mechanisch jeweils mit einem Koppelhebel verbunden, der fest auf einer allen Schaltpolen gemeinsamen Schaltwelle angeordnet ist. Unter einer Antriebs-Baugruppe wird im Rahmen der Erfindung eine Baugruppe verstanden, die diejenigen, an einem Tragwerk gehaltenen Teile des Schaltgerätes umfasst, die die Bewegung der beweglichen Schaltkontaktanordnungen vermitteln. Zu diesen Teilen zählen beispielsweise ein Motor und/oder Handantrieb zum Spannen eines Federspeichers, der Federspeicher mittels dessen Kräfte zum Ein- und/oder Ausschalten der Schaltkontaktsysteme speicherbar sind, ein Schaltschloss zum Verriegeln des Schalters in der eingeschalteten Stellung, d. h. bei der Stellung, bei der die Schaltkontaktsysteme geschlossen sind und einen Antriebsstrang, der zur Ankopplung des Federspeichers an die Schaltwelle dient. Das Tragwerk ist üblicherweise außen an einer Wand des Gehäuses der Schaltpol-Baugruppe befestigt.

Für eine ordnungsgemäße Funktion des Schalters ist es wesentlich, die Schaltwelle radial präzise zu lagern. So sollte die Schaltwelle in Bezug auf ihre Lagerfläche zwar gut gleitend, jedoch weitestgehend spielfrei gehalten sein. Toleranzbedingte Abweichungen zwischen der Mantelfläche der Schaltwelle und der ihr zugeordneten Lagerfläche sind jedoch unvermeidbar und bedingen ein Spiel der Schaltwelle.

In der Praxis wird dieses Spiel beispielsweise bei dem aus der Patentschrift DE 199 48 716 C1 bekannten Niederspannungs-Leistungsschalter entweder durch Erweiterung der Rahmenbedingungen bei der Ausgestaltung der Antriebs-Baugruppe und weiterer Schalterteile, wie beispielsweise Meldeschalter, Anzeigen, Verriegelungen, Fangeinrichtungen usw. berücksichtigt oder aber durch Mittel in Form von Ausgleichsfolien oder Blechen, beispielsweise aus Messing, Kupfer oder Bronze derart ausgeglichen, dass die Schaltwelle in Bezug auf zumindest einen ersten Abschnitt der Lagerfläche spielfrei gehalten ist.

• Während die genannte Erweiterung der Randbedingungen zu höheren Kosten und zu einer Verschlechterung der Reproduzierbarkeit des Schaltvorganges führen, ist die Auswahl bezüglich ihrer Dicke passender Ausgleichsfolien sehr aufwendig, da diese zwischen der Mantelfläche der Schaltwelle und der Lagerfläche eingesetzt und dann darauf getestet werden müssen, ob sie die Gleitfähigkeit der Schaltwelle nicht zu stark beeinträchtigen.

Ausgehend von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Schaltvorgang auf einfache Weise sicher und reproduzierbar zu gestalten.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst, wonach das Mittel, das die Schaltwelle in Bezug auf zumindest einen ersten Abschnitt der Lagerfläche spielfrei hält, elastisch ist. - Durch die Elastizität des Mittels kann jedes, im Rahmen der vorgegebenen Toleranz der Schaltwelle und der Lagerfläche mögliche Spiel ohne wesentliche Beeinträchtigung der Gleitfähigkeit der Schaltwelle an der Lagerfläche ausgeglichen werden.

Vorzugsweise bildet der erste Abschnitt der Lagerfläche den Abschnitt, der die Kräfte beim Ein- und/oder Ausschalten des elektrischen Schalters aufnimmt. - Bei einer derartigen Ausgestaltung, bei der die Kräfte beim Ein- und/oder Ausschalten des Schalters den Kräften des elastischen Mittels im Wesentlichen nicht entgegen wirken, ist sichergestellt, dass die Schaltwelle auch bei großen Schaltkräften in Kontakt mit dem ersten Abschnitt und damit in ihrer eindeutigen radialen Position verbleibt.

Eine bevorzugte Ausgestaltungsform der neuen Anordnung zur Lagerung der Schaltwelle sieht vor, dass das Mittel zumindest eine Feder umfasst, die die Schaltwelle gegen den ersten Abschnitt der Lagerfläche drückt. - Durch die Verwendung von Federn können nicht nur das Spiel, sondern auch Verschleißerscheinungen über eine lange Betriebsdauer des Schalters sicher ausgeglichen werden. Dabei kann die Feder vorzugsweise eine Blattfeder sein, die in Kontakt mit der Schaltwelle steht, und die an einem ortsfesten Widerlager im Schalter abgestützt ist. - Derartige Blattfedern passen sich leicht an die Form der Mantelfläche der Schaltwelle an und können zudem bei entsprechender Gestaltung beispielsweise ihrer Schenkel und des zugeordneten Widerlagers sehr genau in Bezug auf die Schaltwelle positioniert werden.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltungsform sieht vor, dass das Mittel wenigstens eine mit einem Druckstück versehene Schraubendruckfeder umfasst, wobei das Druckstück im Kontakt mit der Schaltwelle steht und wobei die wenigstens eine Schraubendruckfeder an einem ortsfesten Widerlager im Schalter abgestützt ist. - Bei einer derartigen Gestaltung kann das Mittel durch Auswahl eines entsprechenden Druckstückes sehr leicht an die Beschaffenheit insbesondere der Oberflächengüte und des Radius der Schaltwelle angepasst werden. Das Druckstück kann dabei eine zumindest halbseitig offene Lagerschale bilden.

Um die Schaltwelle geometrisch der Schaltpol-Baugruppe zuzuordnen, ist bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Lagerbaugruppe und das ortsfest Widerlager an einem Gehäuse der Schaltpol-Baugruppe gehalten sind. Soll die Schaltwelle jedoch geometrisch der Antriebs-Baugruppe zugeordnet werden, so können die Lagerbaugruppe und das ortsfeste Widerlager beispielsweise am Tragwerk der Antriebs-Baugruppe gehalten sein.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 5 dargestellt. Dabei zeigen

Figur 1 einen schematisch dargestellten Niederspannungs-Leistungsschalter mit einer Schaltpol-Baugruppe, einer Antriebs-Baugruppe und einer Schaltwelle,

Figur 2 eine Vorderansicht des Gehäuses der Schaltpol-Baugruppe, mit zwei außen an der Vorderseite des Gehäuses befestigten, mit jeweils einer Lagerfläche zur drehbaren Lagerung der Schaltwelle versehenen Lagerbaugruppen,

Figur 3 einen ersten Ausschnitt der Figur 2 mit zugeordneter Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Figur 2, die eine erste Ausführungsform eines elastischen Mittels - zum spielfreien Halten der Schaltwelle in Bezug auf zumindest einen Abschnitt der Lagerfläche - in Form einer Blattfeder zeigt,

Figur 4 einen zweiten Ausschnitt der Figur 2 mit zugeordneter Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in Figur 2, die eine zweite Ausführungsform des elastischen Mittels in Form einer mit einem Druckstück versehenen Schraubendruckfeder zeigt und

Figur 5 einen dritten Ausschnitt der Figur 2 mit zugeordneter Schnittdarstellung entlang der Linie C-C in Figur 2, die eine dritte Ausführungsform des elastischen Mittels in Form zweier, mit einem gemeinsamen Druckstück versehener Schraubendruckfedern zeigt.

Der Niederspannungs-Leistungsschalter gemäß Figur 1 weist eine Schaltpol-Baugruppe 1 auf, bei der in einem Gehäuse 2 ein Schaltkontaktsystem 3 angeordnet ist. Das Schaltkontaktsystem ist Teil eines Schaltpols dieses Schalters und weist eine feststehende Kontaktanordnung 4 und eine bewegliche Kontaktanordnung 5 auf. In dem Gehäuse 2 ist weiterhin ein Koppelgestänge 6 zur Kopplung eines Kontaktträgers 7 der beweglichen Kontaktanordnung mit einer Schaltwelle 8 angeordnet. In das Gehäuse 2 ist in bekannter Weise eine Lichtbogenlöschkammer 9 einsetzbar. Die bewegliche Kontaktanordnung 5 weist mehrere parallel zueinander angeordnete Kontakthebel 10 auf, die in dem Kontaktträger mittels eines Gelenkbolzens 11 schwenkbar gehalten und durch je zwei Kontaktkraftfedern 12 gegen den Kontaktträger vorgespannt sind. Biegsame Leiter 13 dienen zur Verbindung der Kontakthebel 10 mit einer unteren Anschluss-Schiene 14. Die der beweglichen Kontaktanordnung zugeordnete feststehende Kontaktanordnung 4 ist mit einer oberen Anschluss-Schiene 15 verbunden.

Die Schaltwelle 8 ist der Schaltpol-Baugruppe in einer Weise geometrisch zugeordnet, wie es aus der DE 199 48 716 C1 bekannt ist. Hierbei sind zwei in Figur 2 dargestellte, axial äußere Lagerbaugruppen 16 - deren Lagerflächen die beiden Enden der Schaltwelle halbschalenförmig umfassen - an dem Gehäuse 2 der Schaltpol-Baugruppe 1 befestigt. Im axial mittleren Bereich der Schaltwelle 8 erfolgt die Einleitung der Antriebskraft einer Antriebs-Baugruppe 17 (vgl. Figur 1). Diese Antriebs-Baugruppe 17 weist zu ihrer Befestigung an dem Gehäuse 2 der Schaltpol-Baugruppe 1 ein Tragwerk aus parallelen Wänden 18 (in der Figur 1 ist nur eine der Wände sichtbar) auf. Ein das Ende eines Koppelgestänges 20 der Antriebs-Baugruppe 17 bildender Hebel 21 ist mittels eines Bolzens 22 mit einem auf der Schaltwelle 8 fest angeordneten und von der Schaltwelle radial abragenden zweiteilig ausgebildeten Koppelhebel 23 (vgl. auch Figur 2) gekoppelt. An den Koppelhebel 23 ist auch das dem Kontaktträger 7 zugeordnete Koppelgestänge 6 mittels eines weiteren Bolzens 24 angekoppelt.

Gemäß Figur 2 sind der Schaltwelle 8 in ihrer axialen Richtung vier, am Gehäuse 2 ausgebildete Widerlager 25, 26, 27 für elastische Mittel 28, 29, 30 (vgl. Figuren 3 bis 5) zugeordnet. Diese Widerlager 25, 26, 27 weisen eine Vertiefung 31, 32, 33 auf. Bei entsprechender, beispielsweise halbschalenförmiger Gestaltung dieser Vertiefung, kann diese dazu dienen, um die Einbaulage der Schaltwelle 8 vorzugeben und damit die Montage der Schaltwelle zu erleichtern. Zwei der Widerlager 25 sind im Bereich der beiden Enden der Schaltwelle seitlich neben jeweils einer Lagerbaugruppe 16 angeordnet, während die anderen beiden Widerlager 26, 27 im mittleren Bereich der Schaltwelle angeordnet sind.

Die verschiedenen Ausführungsformen 25, 26, 27 des Widerlagers sind im Weiteren anhand der Figuren 3 bis 5 erläutert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Anzahl dieser Widerlager sowie die Ausführungsform dieser Widerlager frei wählbar ist. So können beispielsweise auch weniger oder mehr Widerlager der gleichen Ausführungsform oder verschiedene Ausführungsformen in einer anderen Kombination vorgesehen sein.

Bei der in Figur 3 beschriebenen Ausführungsform 25 des Widerlagers ist die Vertiefung 31 als quaderförmige Ausnehmung ausgebildet und dient zur Aufnahme eines elastischen Mittels 28 in Form einer Blattfeder. Die Blattfeder weist zwei an ihren Enden abgebogene Schenkel 35 auf, die am Boden der Vertiefung 31 abgestützt sind. Ein schalenförmig gebogener Abschnitt 36 der Blattfeder liegt bei montierter Schaltwelle 8 an der Schaltwelle derart an, dass diese gegen jeweils einen ersten Abschnitt 37 der Lagerflächen der beiden Lagerbaugruppen 16 gedrückt wird. Dieser erste Abschnitt 37 ist derjenige Abschnitt der Lagerfläche, der aufgrund der Anordnung und der Bewegungsbahn des Koppelhebels 23 (vgl. Figur 4) die Kräfte beim Ein- und/oder Ausschalten des Schalters aufnimmt. Der Rand der Vertiefung 31 weist eine Schräge 38 zum leichten Einführen der Blattfeder und der Schaltwelle auf.

Bei der in Figur 4 dargestellten zweiten Ausführungsform 26 des Widerlagers ist im zentralen Bereich der Vertiefung 32 eine zylindrische Ausnehmung 34 mit einem ersten Abschnitt 39 zur Aufnahme eines Endes einer Schraubendruckfeder 40 und ein zweiter Abschnitt 41 zur Aufnahme eines von der Schraubendruckfeder getragenen Druckstückes 42 ausgebildet. Das Druckstück 42 weist eine ebene Anlagefläche 43 auf, die bei montierter Schaltwelle 8 unter der Kraft der Schraubendruckfeder 40 an der Schaltwelle anliegt und diese jeweils gegen den ersten Abschnitt 37 der Lagerfläche der beiden Lageranordnungen 16 drückt.

Gemäß der Figur 5 kann auch ein schalenförmiges Druckstück 44 vorgesehen werden, das zu seiner genauen Positionierung an zwei Seiten von jeweils einer Schraubendruckfeder 45 gestützt ist. Jede dieser beiden Schraubendruckfedern 45 greift mit einem Ende in jeweils eine am Boden der Vertiefung 33 ausgebildete Ausnehmung 47 ein.

Auch hierbei wird die Schaltwelle 8 jeweils gegen den ersten Abschnitt 37 der Lagerfläche der beiden Lageranordnungen 16 gedrückt.

Mittels der neuen Anordnung zur Lagerung der Schaltwelle ist es möglich, den Schaltwellendrehwinkel genau vorherzubestimmen. Dadurch ist es nicht nur möglich, den Wirkungsgrad der Kraftübertragung zwischen der Schaltpol-Baugruppe und der Antriebs-Baugruppe zu verbessern, sondern auch die Rahmenbedingungen bei der Gestaltung von Anzeigeelementen, Hilfs- und Meldeschaltern oder Fangvorrichtungen enger zu setzen.