Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung hochbelastbarer Schaltkontakte Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbst tätigen Steuerung hochbelastbarer Schaltkontakte für die Durchführung anlässlich einer Änderung des Be triebszustandes erforderlicher Schaltvorgänge.
Einen derartigen Schaltvorgang, für den die er findungsgemässe Vorrichtung besonders geeignet ist, stellt beispielsweise die zeitweilige L7berbrückung von Elektrolyse-Zellen während einer Betriebsstörung dar. Bekanntlich werden die meist in grösserer Anzahl hintereinander geschalteten Elektrolyse-Zellen von einem niedergespannten Gleichstrom durchflossen, dessen Stromstärken sich in der Grössenordnung von 20-30 kA bewegen. Treten während des Betriebes Störungen einer Zelle oder einer dazugehörigen Sicher heitseinrichtung auf, so muss die Zelle - um nicht beschädigt oder gar zerstört zu werden - unverzüg lich durch einen überbrückungsschalter kurzgeschlos sen werden.
Diese Schalterausführung bedingt im Hinblick auf die zu verarbeitende Stromstärke grosse Kontaktflächen, die ihrerseits wiederum erhebliche Schliesskräfte erfordern, wenn trotz der kleinen Schaltwege ein verlustarmer Schaltvorgang erzielt werden soll.
Bekannte Einrichtungen dieser Art verfügen über Kontaktplatten mit entsprechender Berührungsfläche und werden von Hand über einen Exzenterhebel be dient. Ein Wärter überwacht den Betriebszustand der zahlreichen Zellen und soll, sobald er den Aus fall einer Zelle bemerkt hat, den betreffenden über brückungsschalter schliessen sowie nach behobener Störung wieder öffnen.
Mit einem Exzenterhebel oder einem gleichwer tigen Maschinenelement lassen sich die hierzu er forderlichen Kontaktschliesskräfte zwar erzeugen, jedoch nicht schnell genug aufbringen. Selbst bei der im Niederspannungsbereich verwendbaren Kürze von Kontaktwegen sind die auf diese Weise erzielten Schaltgeschwindigkeiten zu gering. Die Folge ist ein zeitlich langer Flammenbogen, der die Kontaktflächen oxydiert und sich bei abgebrannter Berührungsfläche auf Grund ungleichmässiger Anlage der Kontaktplat ten zu Dauerlichtbögen auszubilden vermag. Ausser dem dauert es mitunter längere Zeit, bis das Bedie nungspersonal den Ausfall einer von vielen Zellen entdeckt hat und den überbrückungsschalter betätigen kann.
Besonders bei gleichzeitigem Ausfall mehrerer Zellen führt dies unter Umständen zu erheblichen Beschädigungen der Anlage.
Hier greift die Erfindung an und setzt für die Durchführung der anlässlich einer Änderung des Be triebszustandes jeweils erforderlichen Schaltvorgänge anstelle der bisher bedienungsgebundenen Einrich tungen eine Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung der hochbelastbaren Schaltkontakte ein.
Diese Vor richtung besteht darin, dass ein in Abhängigkeit einer Prüfeinrichtung über elektromagnetische Schalt- und Betätigungsmittel ventilgesteuerter Druckmittelmotor vermittels eines Schaltschlosses mit einem Schalter gekuppelt ist, der ausser dem beispielsweise als Über brückungskontakt ausgebildeten, hochbelastbaren Hauptkontakt Hilfskontakte für die Ventilbetätigung, die Entriegelung des Schaltschlosses und die Signali- sierung aufweist.
Damit eliminiert die Erfindung die angeführten Unzulänglichkeiten und überträgt sowohl die über wachung der Betriebsbedingungen als auch die ihren Änderungen zufolge erforderlichen Massnahmen einer Vorrichtung, für deren selbsttätige Reaktionen der jeweils gegebene Betriebszustand ausschlaggebend ist. In Anwendung auf die typischen Vorkehrungen bei Elektrolyse-Zellen bezieht sich die selbsttätige Durchführung der Schaltvorgänge sowohl auf die defektbedingte Überbrückung einer Zelle als auch auf deren Wiederfreigabe nach Fortfall oder Beseiti gung der Störung.
Auf diese Weise können mit erfindungsgemäss ausgebildeten Steuervorrichtungen alle wesentlichen Phasen eines Betriebes überwacht werden, die für den Zustand hochbelastbarer Kontakte bzw. für die Durchführung von jeweils erforderlichen Schaltvor gängen bestimmend sind. Dabei braucht die dem Beispiel zugrunde gelegte Form der überwachung keineswegs nur auf die Alternativen Betrieb oder Störung beschränkt zu sein.
Des weiteren ermöglicht die Anwendung eines über ein Schaltschloss mit dem Schalter gekuppelten Druckmittelmotors ausser erhöhten Sicherheiten eine wesentliche Steigerung der Schaltgeschwindigkeiten gegenüber bekannten Anlagen.
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Unter Vernachlässigung aller zum Verständnis des grundlegenden Erfin dungsgedankens nicht erforderlichen Einzelheiten werden für die dargestellten Elemente die üblichen Symbole verwendet und deren beweglichen Teile, wie Kontakte, Kolben und Gestänge, sämtlich in ihrer Ruhelage gezeigt.
Mit erfindungsgemäss ausgeführten Schalt- und Steuereinrichtungen lassen sich Zustände oder Vor gänge, die für den Schliesszustand eines Schalters oder Kontaktes bestimmend sind, in grosser Zahl über wachen. Anzeige- und Alarmeinrichtungen erleichtern die 'Überwachung und Wartung der Anlage.
In der Zeichnung zeigt bzw. zeigen als Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes: Fig. 1 das prinzipielle Schaltbild der Schaltungs vorrichtung nach der Erfindung für die Steuerung von hintereinandergeschalteten Elektrolysezellen, Fig. 2 bis 5 dieselbe detaillierte Schaltungsanord nung zu verschiedenen Schaltzeiten, Fig. 6 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrössertem Massstab, Fig.7 eine teilweise geschnittene Ansicht eines zwischen Arbeitskolben und Schalter angeordneten Schaltschlosses,
Fig. 8 eine Ansicht auf das Schaltschloss nach Fig. 7, von links gesehen, während Fig.9 einen Teilschnitt eines Arbeitszylinders wiedergibt.
Bei den hier vorkommenden Stromstärken von 20 bis 30000 Ampere müssen die in Fig. 1 wieder gegebenen Zellen dauernd von Quecksilber durch spült sein, um keinen Schaden zu leiden. Fällt die Spüleinrichtung einer Zelle aus, so muss diese Zelle abgeschaltet werden können, und zwar ohne die ganze Anlage stillzusetzen. Hierzu dienen überbrückungs- kontakte (Hauptkontakt) 2, deren Betätigung im folgenden an dem Beispiel eines Hauptkontaktes be schrieben werden soll.
In dieser Steuerschaltung ist ein in Abhängigkeit einer Prüfeinrichtung 47 bis 49 über elektromagnetische Schalt- und Betätigungs mittel 49, 36 ventilgesteuerter Druckmittelmotor 7 bis 11 vermittels eines Schaltschlosses 4 bis 6 mit einem Schalter 3 gekuppelt, der ausser dem hoch belastbaren Hauptkontakt 2 Hilfskontakte 62, 58 und 95 für die Ventilbetätigungs- (36), Entriege- lungs- (56) und Signaleinrichtungen 96 und 97 trägt.
Nach Fig. 2 bezeichnet 2 den Hauptkontakt des Hauptschalters 3, dessen Nase 4 in der Schliess stellung des Schalters von einer Verriegelung 5 ge halten wird. Ein Schaltschloss 6 verbindet den Schal ter mit der Kolbenstange 7 eines Kolbens 8, der in einem Pressluftzylinder 9 geführt ist. Im untern Zylinderraum 10 ist eine Rückholfeder 11 um die Kolbenstange 7 angeordnet, und der obere Arbeits raum 12 des Zylinders ist durch eine Leitung 13 mit einem Hauptventil 14 verbunden (siehe auch Fig. 6).
In diesem Ventil befindet sich ein Differentialkolben 15, der mit seiner kegeligen Spitze 16 von einer Feder 17 gegen die Druckmittel-Einlassöffnung 18 gedrückt wird. Ein Druckluftspeicher 19 wird von einem Kompressor 20 gespeist und ist über eine Lei tung 21 mit der Einlassöffnung 18 des Hauptventils 14 verbunden. Den Speicherdruck überwacht eine nicht dargestellte Regeleinrichtung, die den Kompressor 20 steuert und gegebenenfalls Alarmeinrichtungen in Tätigkeit setzt.
In den Differentialkolben 15 sind eine vordere Ringnut 23 und eine hintere Ringnut 24 eingedreht. Die hintere Nut ist durch eine Radialbohrung 25 von etwa einem Millimeter Grösse mit einer Bohrung 26 und dem Federraum 27 der Feder 17 verbunden. Einem von der kegeligen Spitze 16 des Kolbens 15 gebildeten Differentialringraum 37 ist eine Leitung 28 zugeordnet, die zum mittleren Anschluss eines Vor steuerventils 29 führt.
Ein Entlüftungsstutzen 30 am Hauptventil 14 dient der Entlüftung des Zylinder raumes 12, wenn der Differentialkolben 15 die öff- nung 18 verschlossen hat, und eine Leitung 31 führt von dem in der Zeichnung untern Anschluss 32 des Vorventils so zum Hauptventil 14, dass sie in jeder Stellung des Kolbens 15 mit dessen Ringnut 24 ver bunden ist.
Das Vorsteuerventil 29 ist durch eine obere Leitung 33 an die Druckleitung 21 angeschlos sen und hat einen Kolben 34, der sich gegen die Wirkung einer Feder 35 von einem Ventilmagneten 36 schalten lässt; es verbindet den Differential ringraum 37 in der einen Endstellung des Kolbens 34 mit der Druckleitung 21 und in der andern End- stellung über die Leitung 31, die Ringnut 24 und die Bohrung 25 mit der Bohrung 26 und dem Feder raum 27. Dieser Raum ist durch eine Leitung 38 an ein Entlüftungsventil 39 angeschlossen, dessen Feder 40 bestrebt ist, das Ventil zu schliessen, und rückt eine am Ventilkolben 41 angeordnete Rolle 42 gegen eine Nockenkurve 43 der Arbeitskolben stange 7.
Erst wenn der Arbeitskolben 8 seine Schal terschliessstellung erreicht hat, gibt die Nockenkurve 43 den Schliessweg des Ventilkolbens 41 frei.
Im untern Teil der Fig. 2 erkennt man einen durch ein Schaltgerät 44 geschalteten Elektromotor 45, der ein Schöpfwerk 46 antreibt. Dieses Schöpfwerk bewirkt den Quecksilberumlauf in einer der in Fig. 1 dargestellten Elektrolysezellen 1. Sollte das Schöpf werk aus irgendeinem Grunde ausfallen, so muss der überbrückungskontakt 2 der zugehörigen Zelle sofort geschlossen werden, und läuft das Schöpfwerk wie der an, so ist der Schalter 2 auch ebenso schnell wie der zu öffnen.
Der Einfachheit halber wird die Tätigkeit des Schöpfwerkes in vorliegendem Beispiel mittels der am Motor anliegenden Spannung überwacht. Weitere, hier nicht ausgeführte Möglichkeiten bestehen darin, dass man als Tastgerät einen Drehzahlmesser des Motors oder des Schöpfwerkes bzw. einen Queck- silber-Strömungsmesser oder dergleichen verwendet.
Von den zwei Ausgangsklemmen des Motorschalt- gerätes 44 führen Leitungen 47 und 48 zu einem Kommandoschaltgerät 49, dessen Stromkontakte 50, 51 über die Leitung 52 an der Phase w liegen.
Ein zum Kontakt 50 gehörender Arbeitskontakt 53 ist über eine Leitung 54 mit einem Arbeitsstrom auslöser 56 der Verriegelung 5 verbunden. Der an dere Stromzweig dieses Stromauslösers führt über eine Leitung 57, einen Kontakt 58 am Schalter 3 und eine Leitung 59 zur Stromphase u, wobei der Kontakt 58 gleichzeitig und gleichsinnig mit dem Kon takt 2 öffnet und schliesst.
Von einem Ruhekontakt 60 des Schaltgerätes 49, der dem Kontakt 51 zugeordnet ist, führt ein wei terer Stromweg über eine Leitung 61, einen Kon takt 62 am Schalter 3, eine Leitung 63, den Ventil magneten 36 und eine Leitung 64 zur Stromphase u.
Der Kontakt 62 am Schalter 3 öffnet, sobald die Schliessbewegung des Schalters 3 für die Kontakte 2 und 58 eingeleitet ist, und schliesst, wenn die öff- nungsbewegung des Schalters 3 für die Kontakte 2 und 58 abgeschlossen ist. Ein vom Hauptschalter 2 betätigter Wechselkontakt 95 zeigt über zwei Kon- trolllampen 96, 97 die Schalterstellung an.
Nach der Darstellung der Fig. 2 fliesst Strom durch die Zelle 1 (s. Fig. 1). Das Schöpfwerk 46 arbeitet, das Kommandoschaltgerät 49 hat angezogen, und der Schalter 3 steht mit geöffnetem Kontakt 2 in der (rechten) Ruhestellung. Damit sind der Kontakt 58 geöffnet und der Kontakt 62 geschlossen.
Durch den geöffneten Kontakt 58 ist der Ar beitsstromauslöser 56 der Riegelvorrichtung 5 ab geschaltet, obwohl die Arbeitskontakte 50, 53 des Kommandoschaltgerätes 49 des Stromkreises vor bereitet haben. Das gleiche gilt für den Stromkreis des Ventilmagneten 36, dessen Kontakt 62 am Schal ter 3 wohl geschlossen ist, dessen Ruhekontakte 51, 60 am Kommandoschaltgerät 49 jedoch offen stehen. Unter der Wirkung der Feder 35 hat der Kolben 34 des Vorsteuerventils 29 die Leitung 33 abgesperrt und den Differentialringraum 37 des Hauptventils 14 über die Wege 28, 31, 24, 25, 26, 27 und 38 mit dem Entlüftungsventil 39 verbunden.
Das Hauptventil ist geschlossen und entlüftet den Arbeitsraum 12 des Zylinders 9 über die Leitung 13, die Ringnut 23 und den Stutzen 30. Unter dem Druck der Feder 11 steht der Arbeitskolben 8 in seiner obern Totstellung, und die Nockenkurve 43 der Kolbenstange 7 hat das Entlüftungsventil 39 geöffnet.
Fig.3 gibt die Anordnung der Fig.2 wieder, nachdem kurz vorher das Schöpfwerk 46 ausgefallen ist. Die Arbeitskontakte des Schaltgerätes 44 sind stromlos, das Kommandoschaltgerät 49 ist abge fallen, hat die Arbeitskontakte 50, 53 geöffnet, die Ruhekontakte 51, 60 geschlossen, und damit den über den Kontakt 62 am Schalter 3 vorbereiteten Stromkreis des Ventilmagneten 36 vollendet.
Dieser Magnet schaltet das Vorsteuerventil 29 um, welches die Leitung 31 bei 32 abschliesst und die Druckluft aus der Leitung 33 über die Leitung 28 zum Differentialringraum 37 leitet. Das Ventil 14 wird schlagartig geöffnet, und die über Leitung 13 dem Arbeitsraum 12 zugeführte Pressluft schleudert den Kolben 8 nach unten, der den Schalter 3 über das Schaltschloss 6 in Schliessrichtung des Kontaktes 2 nach links (Fig.3,4) bewegt.
Hierbei wird zu nächst der Kontakt 62 geöffnet, der Ventilmagnet 36 fällt ab, und die Feder 35 bringt den Ventilkolben 34 des Vorsteuerventils 29 wieder in die Aus gangsstellung (s. Fig. 4). Die Druckluftleitung 33 ist nun abgesperrt, und der Differentialringraum 37 ist über die Leitungen 28, 31, die Bohrungen 25, 26 und die Leitung 38 mit dem noch geöffneten Ent lüftungsventil 39 verbunden. Ein Druckabfall im Speicher 19 ist dadurch nicht zu befürchten, da die Bohrung 25 einen Durchmesser von nur etwa einem Millimeter hat.
Erst wenn der Kolben 8 in die Endstellung der Fig. 4 gelangt ist, und die Feder 40 das Entlüftungs ventil 39 geschlossen hat, staut sich die entweichende Druckluft im Federraum 27 an, und die Feder 17 schliesst das Ventil gegen den relativ kleinen Kraft unterschied der vor und hinter dem Kolben angreifen den Druckluft (s. Fig. 4). In dieser Stellung ist der Arbeitsraum 12 über den Stutzen 30 entlüftet. Gleich zeitig mit dem Kontakt 2 wurde auch der Kontakt 58 geschlossen, der Arbeitsstromauslöser 56 ist jedoch durch die geöffneten Kontakte 50, 53 abgeschaltet, und die Verriegelung 5 rastet unter Federdruck vor die Nase 4 des Schalters 3 (Fig. 4).
Fig. 5 zeigt die Anordnung der Fig. 2 bis 4 kurz nachdem der Motor 45 wieder eingeschaltet wurde. Das Kommandoschaltgerät 49 ist über das Motor schaltgerät 44 eingeschaltet worden und hat über die Arbeitskontakte 50, 53 den durch den ge schlossenen Kontakt 58 vorbereiteten Stromkreis des Arbeitsstromauslösers 56 geschlossen. Die Verriege lung 5 ist entklinkt und hat die Nase 4 des Schalters 3 freigegeben. Im folgenden Augenblick öffnet die gespannte Feder 94 den Schalter und die Rückhol- feder 11 bringt den Kolben 8 in die Ausgangsstellung.
Im folgenden Augenblick wirft die gespannte Feder 11 den Arbeitskolben 8 wieder in seine Ausgangs stellung der Fig. 2, wobei die Luft aus dem Arbeits raum 12 des Zylinders 9 über Leitung 13, Ringnut 23 und Stutzen 30 ins Freie strömt. Die Nockenkurve 34 der Kolbenstange 7 öffnet das Entlüftungsventil 39, und der Schalter 3 schliesst in seiner Endstellung den Kontakt 62. Jetzt befindet sich die Anlage wieder in dem in Fig. 2 dargestellten Zustand, so dass sich der ganze Vorgang wiederholen kann, wenn der Motor 45 erneut ausfällt.
Fig.6 zeigt in verzögerter Darstellung die drei Ventile 14, 29 und 39 aus Fig. 2. Hier ist ein wei terer Vorteil der dargestellten Anlage zu erkennen: Werden die Druckluft-Einlassöffnungen des Haupt- ventils 14 und des Vorsteuerventils 29 undicht, so kann die durchgetretene Luft kein Ansteigen des Druckes im Differentialringraum hervorrufen und ein unbeabsichtigtes Öffnen des Ventils bewirken.
Ist das Hauptventil geschlossen, so verbindet das Vorsteuerventil den Differential-Ringraum 37 über die Leitung 28 mit der Leitung 31, so dass die Leckluft über die Bohrungen 25, 26 und die Leitung 38 zum Entlüftungsventil 39 gelangt. Wenn der Schalter 2 geöffnet ist und das Entlüftungsventil 39 offensteht, so kann die Luft ungehindert entweichen. Ist das Entlüftungsventil 39 geschlossen, so wirkt der Druck der Leckluft verstärkend auf die Schliesskraft der Feder 17.
In den Fig. 7 und 8 ist eine vorteilhafte Ausbil dung eines Schaltschlosses dargestellt, und zwar zeigen Fig. 7 eine teilweise geschnittene Ansicht des Schlosses und Fig. 8 eine Ansicht auf das Schloss der Fig. 7 von links gesehen.
Dieses Schloss dient als Übertragungselement (6) der Schaltbewegung von der Kolbenstange 7 auf den Schalter 3 nach Fig. 2 und schliesst eine Betätigung der Verriegelung 5, 4 ein, die hier mit einer solchen Kraftübersetzung ausgeführt ist, dass ein schwacher Magnet die Verriegelung lösen kann.
Wie man aus den Fig. 7 und 8 ersieht, dient ein Topf 67 als Schlossgehäuse, an dem ein Deckel 68 mit Schrauben 69, 70 und Muttern 71 befestigt ist. Im Topf 67 ist drehbar eine Nockenbuchse 72 mit nockenförmigen Nasen 73 und 74 gelagert und durch einen Passstift 75 oder dergleichen mit einer Haupt schalterwelle 76 fest verbunden. Zwei Schrauben 70 dienen als Lagerzapfen für Schnabelhebel 77, 78, 79, wobei Federn 80 und 81 versuchen, den Schnabelhebel 77 entgegen dem Uhrzeigersinn (Fig. 7) und den Hebel 78 im Uhrzeigersinn zu drehen.
Nach der Zeichnung steht das Schloss in Sperr stellung. Der kurze Schnabel 82 des Schnabelhebels 77 stützt sich gegen den langen Schnabel 83 des Schnabelhebels 78, und der kurze Schnabel 84 dieses Hebels steht vor dem langen Schnabel 85 des Schnabelhebels 79, der die Nase 74 der Nocken buchse 72 in seiner Nut 86 festhält und sich selbst mit einer Nase 87 am Topf 67 abstützt. Eine Schaltkurve 91 des Schnabelhebels 78 soll mit der Nase 73 der Buchse 72 zusammenarbeiten, und die Nut 86 läuft in Richtung des langen Schnabels 85 ebenfalls in Form einer Schaltkurve 93 aus.
In Sperrstellung ragt der lange Schnabel 88 aus dem Topf 67 nach aussen und lässt sich durch einen Stempel 89 eines Stossmagneten oder Stromauslösers 56 (Fig. 2) nach innen drücken. Auch eine haken förmige Nase 90 des Hebels 79 steht in Sperr stellung über dem Topfrand und entspricht etwa der Nase 4 am Schalter 3 in Fig. 2. Sowohl die Nase 4 als auch die Nase 90 arbeiten mit einer federbelasteten Verriegelung zusammen, abgesehen davon, dass nach Fig. 2 die Verriegelung 5 durch Betätigung des Strom auslösers 56 aus der Bahn der Nase 4 gezogen wird, und dass nach Fig. 7 die Nase 90 aus der Bahn der Verriegelung geschwenkt wird.
Eine Verzahnung oder eine ähnliche übertra- gungseinrichtung verbindet (hier nicht dargestellt) die Kolbenstange 7 mit dem Topf 67 des Schlosses 6. Ist der Hauptschalter geöffnet, und steht der Arbeits kolben 8 in der Stellung nach Fig. 2, so sind Kolben stange 7 und Schalter 3 oder nach Fig. 7 Schalter welle 76 starr miteinander verbunden, da das Schloss gesperrt ist und als starrer Winkelhebel wirkt. Hier bei liegt die Nase 74 der Nockenbuchse 72 in der Nut 86 des Schnabelhebels 79. Beim Schliessen des Schalters dient das Schloss als starres übertragungs- element für die Bewegung der Kolbenstange auf die Schaltwelle 76.
Nach Fig. 7 steht das Schaltschloss in Schalter schliessstellung; die federbelastete Verriegelung 5 ist vor die Nase 90 des Schnabelhebels 79 geschnappt. Dadurch wird auch der Arbeitskolben 8 über das Schaltschloss 6 gegen die Wirkung der Rückholfeder <B>11</B> in der untern Totlage gehalten.
Sobald das Kommando: Schalter öffnen erfolgt, drückt der Magnetstempel 89 des Stromauslösers 56 aus Fig.2 den langen Schnabel 88 des Schnabelhebels 77 gegen die Wirkung der Feder 80 ein. Dieser Hebel dreht sich im Uhrzeigersinn (Fig. 7) und gibt auch den Hebel 78 zu einer Drehung im Uhrzeigersinn durch die Feder 81 frei, so dass sich auch die Schnabel stütze 84, 85 löst. Der Hebel 79 gibt dem Dreh moment der Schalterwelle 76 nach, das durch die in Fig. 7 nicht dargestellte Feder 94 hervorgerufen ist, dreht sich im Uhrzeigersinne und gibt die Nase 74 der Buchse 72 aus seiner Nut 86 frei. Dadurch ist die Verbindung zwischen Schalterwelle 76 und Topf 67 aufgehoben.
Die Schalterwelle 76 schnappt unter der Wirkung der Feder 94 in die Offenstellung, bevor der Arbeitskolben 8 folgen kann.
Gleichzeitig wurde jedoch mit dem Hebel 79 dessen Nase 90 von der ortsfesten Verriegelung 5 ge löst, so dass der Topf 67 frei wird und die Rückhol- feder den Kolben 8 in seine Ausgangsstellung bringen kann. In dieser Ausgangsstellung drückt der Topf 67 die Kurven 91 und 93 gegen die Nasen 73 und 74 der Nockenbuchse 72 und hebt die Schnabelenden 84, 85 und 82, 83 gegen die Kraft der Federn 80 und 81 voreinander in die Sperrstellung.
Erwähnenswert sind in diesem Zusammenhang die kleinen Auslösekräfte und die grossen Sperrkräfte, die mit dem dargestellten Schaltschloss erzielt werden. Eine Auslöserbetätigung löst gleichzeitig die Verbin dung des Schalters von dem Betätigungsorgan und der festen Verriegelung. Fig.9 zeigt eine Besonderheit der Zylinderaus bildung, die dadurch erforderlich wird, dass man mit unter den Überbrückungsschalter 3 und damit auch den Arbeitszylinder 9 waagrecht anordnen muss. Hier sammelt sich das im Zylinder anfallende Kondensat an der tiefsten Stelle und behindert die Schaltbewe gung des Kolbens.
Man sieht dann an dieser Stelle zweckmässig einen nach aussen ragenden kleinen Topf 65 mit einer Bohrung 66 von etwa einem Millimeter Durchmesser vor. Dort kann sich das Kondensat sammeln und durch die Bohrung 66 abtropfen. Sollte sich die Düsenöffnung verstopfen, so wird sie bei jedem Arbeitsgang wieder ausgeblasen.
Device for the automatic control of heavy-duty switch contacts The invention relates to a device for the automatic control of heavy-duty switch contacts for the implementation of switching operations required on the occasion of a change in the operating state.
Such a switching process, for which the device according to the invention is particularly suitable, is, for example, the temporary bridging of electrolysis cells during a malfunction. It is known that a low-voltage direct current flows through the electrolysis cells, which are usually connected in series in large numbers, whose current strengths are in of the order of magnitude of 20-30 kA. If a cell or an associated safety device malfunctions during operation, the cell must be short-circuited immediately using a bypass switch in order not to be damaged or even destroyed.
With regard to the current intensity to be processed, this switch design requires large contact surfaces, which in turn require considerable closing forces if a low-loss switching process is to be achieved despite the small switching paths.
Known devices of this type have contact plates with a corresponding contact surface and are used by hand via an eccentric lever. A guard monitors the operating status of the numerous cells and should, as soon as he notices the failure of a cell, close the relevant bridge switch and open it again after the fault has been resolved.
With an eccentric lever or an equivalent machine element, the contact closing forces required for this can be generated, but not applied quickly enough. Even with the short contact paths that can be used in the low-voltage range, the switching speeds achieved in this way are too low. The result is a long flame arc that oxidizes the contact surfaces and can develop into permanent arcs when the contact surface is burned off due to the uneven contact of the contact plates. In addition, it sometimes takes a long time for the operating personnel to discover the failure of one of many cells and to operate the override switch.
Particularly if several cells fail at the same time, this can lead to considerable damage to the system.
This is where the invention attacks and uses a device for automatically controlling the heavy-duty switching contacts instead of the previously user-bound devices to carry out the switching operations required on the occasion of a change in the operating state.
This before direction consists in that a pressure medium motor, valve-controlled via electromagnetic switching and actuation means, is coupled to a switch by means of a switch lock, which, in addition to the heavy-duty main contact, which is designed as a bridging contact, for example, has auxiliary contacts for valve actuation, unlocking the switch lock and has the signaling.
The invention thus eliminates the shortcomings mentioned and transfers both the monitoring of the operating conditions and the measures required according to their changes to a device for whose automatic reactions the given operating state is decisive. When applied to the typical precautions for electrolysis cells, the automatic execution of the switching processes refers to both the defective bridging of a cell and its re-enabling after the failure or elimination of the fault.
In this way, all essential phases of an operation can be monitored with control devices designed according to the invention, which are decisive for the state of heavy-duty contacts or for the implementation of any required switching operations. The form of monitoring on which the example is based need by no means be limited to the alternatives of operation or malfunction.
Furthermore, the use of a pressure medium motor coupled to the switch via a switch lock enables, in addition to increased safety, a significant increase in the switching speeds compared to known systems.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Neglecting all the details not necessary to understand the basic concept of the invention, the usual symbols are used for the elements shown and their moving parts, such as contacts, pistons and rods, are all shown in their rest position.
With switching and control devices designed according to the invention, states or processes that are decisive for the closed state of a switch or contact can be monitored in large numbers. Display and alarm devices facilitate the monitoring and maintenance of the system.
In the drawing shows or show as an exemplary embodiment of the subject matter of the invention: Fig. 1 shows the basic circuit diagram of the circuit device according to the invention for the control of electrolytic cells connected in series, Fig. 2 to 5 the same detailed circuit arrangement at different switching times, Fig. 6 shows a section from Fig. 1 on an enlarged scale, Fig. 7 a partially sectioned view of a switching mechanism arranged between the working piston and switch,
8 shows a view of the switch lock according to FIG. 7, seen from the left, while FIG. 9 shows a partial section of a working cylinder.
With the currents of 20 to 30,000 amperes occurring here, the cells shown in FIG. 1 must be continuously flushed with mercury in order not to suffer any damage. If the flushing device of a cell fails, it must be possible to switch off this cell without shutting down the entire system. This is done by bridging contacts (main contact) 2, the actuation of which will be described below using the example of a main contact.
In this control circuit, depending on a test device 47 to 49 via electromagnetic switching and actuation means 49, 36 valve-controlled pressure medium motor 7 to 11 by means of a switch lock 4 to 6 is coupled to a switch 3, which apart from the heavy-duty main contact 2 auxiliary contacts 62, 58 and 95 for the valve actuation (36), unlocking (56) and signaling devices 96 and 97.
According to Fig. 2, 2 denotes the main contact of the main switch 3, the nose 4 of which is held in the closed position of the switch by a lock 5 ge. A switch lock 6 connects the scarf ter with the piston rod 7 of a piston 8 which is guided in a compressed air cylinder 9. In the lower cylinder chamber 10, a return spring 11 is arranged around the piston rod 7, and the upper working chamber 12 of the cylinder is connected by a line 13 to a main valve 14 (see also Fig. 6).
In this valve there is a differential piston 15, which is pressed with its conical tip 16 by a spring 17 against the pressure medium inlet opening 18. A compressed air reservoir 19 is fed by a compressor 20 and is connected to the inlet opening 18 of the main valve 14 via a line 21. The accumulator pressure is monitored by a control device (not shown) which controls the compressor 20 and, if necessary, activates alarm devices.
A front annular groove 23 and a rear annular groove 24 are screwed into the differential piston 15. The rear groove is connected to a bore 26 and the tongue space 27 of the tongue 17 by a radial bore 25 approximately one millimeter in size. One of the conical tip 16 of the piston 15 formed differential ring space 37 is assigned a line 28 which leads to the central connection of a control valve 29 before.
A vent connection 30 on the main valve 14 is used to vent the cylinder space 12 when the differential piston 15 has closed the opening 18, and a line 31 leads from the lower port 32 of the pilot valve in the drawing to the main valve 14 so that it Position of the piston 15 with the annular groove 24 is a related party.
The pilot valve 29 is ruled out through an upper line 33 to the pressure line 21 and has a piston 34 which can be switched against the action of a spring 35 by a valve magnet 36; it connects the differential annular space 37 in one end position of the piston 34 with the pressure line 21 and in the other end position via the line 31, the annular groove 24 and the bore 25 with the bore 26 and the spring space 27. This space is through a line 38 is connected to a vent valve 39, the spring 40 of which tends to close the valve, and a roller 42 arranged on the valve piston 41 moves against a cam curve 43 of the working piston rod 7.
Only when the working piston 8 has reached its switch closing position does the cam 43 release the closing path of the valve piston 41.
In the lower part of FIG. 2 one recognizes an electric motor 45 which is switched by a switching device 44 and which drives a bucket 46. This pumping mechanism causes the mercury to circulate in one of the electrolysis cells 1 shown in FIG. 1. Should the pumping mechanism fail for any reason, the bridging contact 2 of the associated cell must be closed immediately, and if the pumping mechanism starts up again, switch 2 is also just as quick to open as the.
For the sake of simplicity, the activity of the pumping station is monitored in the present example by means of the voltage applied to the motor. Further possibilities, not detailed here, consist in using a tachometer of the engine or the pumping station or a mercury flow meter or the like as the touch device.
Lines 47 and 48 lead from the two output terminals of the motor switching device 44 to a command switching device 49, the current contacts 50, 51 of which are connected to phase w via line 52.
A normally open contact 53 belonging to the contact 50 is connected to a normally open release 56 of the lock 5 via a line 54. The other branch of this current release leads via a line 57, a contact 58 on the switch 3 and a line 59 to the current phase u, the contact 58 at the same time and in the same direction as the con tact 2 opens and closes.
From a normally closed contact 60 of the switching device 49, which is assigned to the contact 51, leads a Wei terer current path via a line 61, a con tact 62 on the switch 3, a line 63, the valve magnet 36 and a line 64 to the current phase u.
The contact 62 on the switch 3 opens as soon as the closing movement of the switch 3 is initiated for the contacts 2 and 58, and closes when the opening movement of the switch 3 for the contacts 2 and 58 is complete. A changeover contact 95 actuated by the main switch 2 indicates the switch position via two control lamps 96, 97.
As shown in FIG. 2, current flows through the cell 1 (see FIG. 1). The bucket 46 is working, the command switching device 49 has picked up, and the switch 3 is in the (right) rest position with the contact 2 open. The contact 58 is thus opened and the contact 62 is closed.
Through the open contact 58 of the Ar beitsstromauslöser 56 of the locking device 5 is switched off, although the working contacts 50, 53 of the command switching device 49 of the circuit have prepared before. The same applies to the circuit of the valve magnet 36, whose contact 62 on the scarf ter 3 is probably closed, but whose normally closed contacts 51, 60 on the command switching device 49 are open. Under the action of spring 35, piston 34 of pilot valve 29 has shut off line 33 and connected differential annulus 37 of main valve 14 to vent valve 39 via paths 28, 31, 24, 25, 26, 27 and 38.
The main valve is closed and vents the working chamber 12 of the cylinder 9 via the line 13, the annular groove 23 and the connector 30. Under the pressure of the spring 11, the working piston 8 is in its upper dead position, and the cam curve 43 of the piston rod 7 has the vent valve 39 open.
3 shows the arrangement of FIG. 2 after the bucket 46 has failed shortly beforehand. The working contacts of the switching device 44 are de-energized, the command switching device 49 is dropped, the working contacts 50, 53 open, the break contacts 51, 60 closed, and thus the circuit of the valve magnet 36 prepared via the contact 62 on the switch 3 is completed.
This magnet switches over the pilot valve 29, which closes the line 31 at 32 and guides the compressed air from the line 33 via the line 28 to the differential annulus 37. The valve 14 is opened suddenly, and the compressed air supplied to the working chamber 12 via line 13 hurls the piston 8 downward, which moves the switch 3 to the left via the switch mechanism 6 in the closing direction of the contact 2 (FIGS. 3, 4).
Here, the contact 62 is first opened, the valve magnet 36 drops out, and the spring 35 brings the valve piston 34 of the pilot valve 29 back into the starting position (see FIG. 4). The compressed air line 33 is now shut off, and the differential annulus 37 is connected via the lines 28, 31, the bores 25, 26 and the line 38 to the vent valve 39 which is still open. A pressure drop in the reservoir 19 is not to be feared because the bore 25 has a diameter of only about one millimeter.
Only when the piston 8 has reached the end position of FIG. 4 and the spring 40 has closed the vent valve 39 does the escaping compressed air build up in the spring chamber 27, and the spring 17 closes the valve against the relatively small force in front of and behind the piston attack the compressed air (see Fig. 4). In this position, the working space 12 is vented via the connector 30. Simultaneously with contact 2, contact 58 was also closed, but shunt release 56 is switched off by open contacts 50, 53, and latch 5 engages under spring pressure in front of nose 4 of switch 3 (FIG. 4).
FIG. 5 shows the arrangement of FIGS. 2 to 4 shortly after the motor 45 has been switched on again. The command switching device 49 has been switched on via the motor switching device 44 and has closed the circuit of the shunt release 56 prepared by the closed contact 58 via the normally open contacts 50, 53. The Verriege treatment 5 is unlocked and has the nose 4 of the switch 3 released. In the following moment the tensioned spring 94 opens the switch and the return spring 11 brings the piston 8 into the starting position.
At the following moment, the tensioned spring 11 throws the working piston 8 back into its starting position of FIG. 2, the air from the working space 12 of the cylinder 9 via line 13, annular groove 23 and nozzle 30 flows into the open. The cam curve 34 of the piston rod 7 opens the vent valve 39, and the switch 3 closes the contact 62 in its end position. The system is now again in the state shown in FIG. 2, so that the whole process can be repeated when the motor is running 45 fails again.
FIG. 6 shows the three valves 14, 29 and 39 from FIG. 2 in a delayed representation. Here, a further advantage of the system shown can be seen: If the compressed air inlet openings of the main valve 14 and the pilot valve 29 leak, then the air that has passed through does not cause the pressure in the differential annulus to rise and cause the valve to open unintentionally.
If the main valve is closed, the pilot valve connects the differential annular space 37 via the line 28 to the line 31 so that the leakage air reaches the vent valve 39 via the bores 25, 26 and the line 38. When the switch 2 is open and the vent valve 39 is open, the air can escape unhindered. If the vent valve 39 is closed, the pressure of the leakage air has an increasing effect on the closing force of the spring 17.
7 and 8 show an advantageous construction of a switch lock, namely, FIG. 7 shows a partially sectioned view of the lock and FIG. 8 shows a view of the lock of FIG. 7 seen from the left.
This lock serves as a transmission element (6) of the switching movement from the piston rod 7 to the switch 3 according to FIG. 2 and includes an actuation of the lock 5, 4, which is designed here with such a force transmission that a weak magnet can release the lock .
As can be seen from FIGS. 7 and 8, a pot 67 serves as a lock housing, to which a cover 68 is fastened with screws 69, 70 and nuts 71. A cam bushing 72 with cam-shaped lugs 73 and 74 is rotatably mounted in the pot 67 and is firmly connected to a main switch shaft 76 by a dowel pin 75 or the like. Two screws 70 serve as bearing pins for beak levers 77, 78, 79, with springs 80 and 81 trying to turn the beak lever 77 counterclockwise (FIG. 7) and the lever 78 clockwise.
According to the drawing, the lock is in the locked position. The short beak 82 of the beak lever 77 is supported against the long beak 83 of the beak lever 78, and the short beak 84 of this lever is in front of the long beak 85 of the beak lever 79, which holds the nose 74 of the cam socket 72 in its groove 86 and is is supported even with a nose 87 on the pot 67. A switching curve 91 of the beak lever 78 is intended to cooperate with the nose 73 of the bushing 72, and the groove 86 also terminates in the direction of the long beak 85 in the form of a switching curve 93.
In the locked position, the long beak 88 protrudes outward from the pot 67 and can be pressed inward by a stamp 89 of a push magnet or current release 56 (FIG. 2). A hook-shaped nose 90 of the lever 79 is in the locking position above the pot rim and corresponds approximately to the nose 4 on the switch 3 in FIG. 2. Both the nose 4 and the nose 90 work together with a spring-loaded lock, apart from the fact that According to FIG. 2, the lock 5 is pulled out of the path of the nose 4 by actuation of the current release 56, and that according to FIG. 7 the nose 90 is pivoted out of the path of the lock.
A toothing or a similar transmission device connects (not shown here) the piston rod 7 with the pot 67 of the lock 6. If the main switch is open and the working piston 8 is in the position according to FIG. 2, then piston rod 7 and Switch 3 or Fig. 7 switch shaft 76 rigidly connected to each other, since the lock is locked and acts as a rigid angle lever. Here, the nose 74 of the cam bushing 72 lies in the groove 86 of the lever 79. When the switch is closed, the lock serves as a rigid transmission element for the movement of the piston rod on the switching shaft 76.
According to FIG. 7, the switch lock is in the switch closed position; the spring-loaded lock 5 is snapped in front of the nose 90 of the lever 79. As a result, the working piston 8 is also held in the lower dead position via the switch lock 6 against the action of the return spring 11.
As soon as the command: open switch occurs, the magnetic plunger 89 of the current release 56 from FIG. 2 pushes the long beak 88 of the beak lever 77 against the action of the spring 80. This lever rotates clockwise (Fig. 7) and also releases the lever 78 to rotate clockwise by the spring 81, so that the beak support 84, 85 is also released. The lever 79 is the torque of the switch shaft 76, which is caused by the spring 94, not shown in Fig. 7, rotates clockwise and is the nose 74 of the socket 72 from its groove 86 free. As a result, the connection between switch shaft 76 and pot 67 is canceled.
The switch shaft 76 snaps into the open position under the action of the spring 94 before the working piston 8 can follow.
At the same time, however, the lug 90 of the lever 79 was released from the stationary lock 5 so that the pot 67 is free and the return spring can bring the piston 8 into its starting position. In this starting position, the pot 67 presses the curves 91 and 93 against the lugs 73 and 74 of the cam bushing 72 and lifts the beak ends 84, 85 and 82, 83 against the force of the springs 80 and 81 in front of one another into the blocking position.
In this context, it is worth mentioning the small release forces and the large locking forces that are achieved with the switch lock shown. A trigger actuation simultaneously releases the connec tion of the switch from the actuator and the fixed lock. Fig. 9 shows a special feature of the cylinder formation, which is necessary because you have to arrange with the bypass switch 3 and thus also the working cylinder 9 horizontally. This is where the condensate accumulating in the cylinder collects at the lowest point and hinders the switching movement of the piston.
One then expediently sees an outwardly protruding small pot 65 with a bore 66 of approximately one millimeter in diameter at this point. The condensate can collect there and drip off through the bore 66. Should the nozzle opening become clogged, it will be blown out again with every work step.