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Die
Erfindung betrifft eine Verklinkungsvorrichtung für einen
Leistungsschalter mit einem feststehenden Schaltkontakt und einem
relativ zu diesem mittels einer Antriebsvorrichtung zum Ein- und Ausschalten
betätigbaren
bewegbaren Schaltkontakt sowie mit einer auslösbaren Klinkenanordnung zur Verklinkung
des bewegbaren Schaltkontaktes und mit einem Kraftspeicherelement
zur Trennung des bewegbaren Schaltkontaktes von dem feststehenden Schaltkontakt,
wobei ein Magnetauslöser
mit einer Auslösespule
zum Auslösen
der Klinkenanordnung vorgesehen ist.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 40 21 945 C2 bekannt. Die
DE 40 21 945 C2 offenbart eine
Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen und
ist vorzugsweise für
Transformatorabzweige in Mittelspannungsschaltanlagen vorgesehen.
Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einem feststehenden
und einem bewegbaren Schaltkontakt sowie einer Ausschaltfeder als
Kraftspeicherelement, welche durch eine mittels eines Magnetauslösers lösbaren Verklinkung
als Klinkenanordnung beim Auftreten eines Fehlerstromes den bewegbaren Schaltkontakt
vom feststehenden Schaltkontakt trennt. Der Magnetauslöser wird
bei dieser Vorrichtung über
einen Stromwandler gesteuert, welcher beim Auftreten eines Fehlerstroms
in einer Auslösepule
des Magnetauslösers
einen Strom generiert, wodurch in einem ferromagnetischen Körper ein
Magnetfeld erzeugt wird. Durch dieses Magnetfeld wird eine Kraft
auf einen Magnetanker der Klinkenanordnung ausgeübt. Die Klinkenanordnung umfasst Klemmkörper, welche
in einer verklinkenden Position die Bewegung eines Druckstückes verhindern.
Durch den Magnetauslöser
werden die Klemmkörper
freige geben, wodurch die auf das Druckstück wirkende Kraft der Ausschaltfeder
eine Bewegung desselben bewirkt und die Schaltkontakte des Schalters
trennt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verklinkungsvorrichtung
der eingangs erwähnten
Art auszubilden, welche sich durch einen kostengünstigen Aufbau und eine zuverlässige Wirkungsweise
auszeichnet.
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Erfindungsgemäß gelöst wird
diese Aufgabe dadurch, dass der Magnetauslöser ein Permanentmagnetsystem
aufweist und die Auslösespule
zum Auslösen
der Klinkenanordnung derart beaufschlagt ist, dass ein von ihr erzeugtes
Magnetfeld dem Magnetfeld des Permanentmagnetsystems entgegengerichtet
ist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch den Magnetauslöser einerseits
eine Haltekraft auf die Klinkenanordnung bei geschlossenen Schaltkontakten
auszuüben
und andererseits diese Haltekraft aufzuheben, um über die
Klinkenanordnung die Schaltkontakte zu trennen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Auslösespule
mit einem aus einem Fehlerstrom im Netz mit dem Leistungsschalter
abgeleiteten Strom beaufschlagt. Dadurch wird in einfacher Weise
eine Auslösung
bei einem Fehlerstrom ermöglicht.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Auslösespule
eine Steuereinrichtung vorgeordnet, die bei einem Spannungsabfall
im Netz mit dem Leistungsschalter einen zum Auslösen geeigneten Steuerstrom
für die
Auslösespule
erzeugt. Mittels einer derartigen Steuereinrichtung ist es in einfacher
Weise möglich,
die Auslösespule
und damit die Bewegung der Klinkenanordnung zwischen einer verklinkenden
und einer ausgelösten
Position auch dann zu steuern, wenn ein Spannungsabfall ein Abschalten
des Leistungsschalters erfor dert.
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Die
Klinkenanordnung der erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung
kann verschiedenartig ausgebildet sein, beispielsweise wie in der
eingangs erwähnten
DE 40 21 945 C2 .
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Klinkenanordnung eine an einer Drehachse
gelagerte Klinke, welche zur Bewegung zwischen einer ersten, einen
mit dem Kraftspeicherelement gekoppelten Schalterwellenhebel verklinkenden
Position und einer zweiten, den Schalterwellenhebel freigebenden
Position durch den Magnetauslöser
steuerbar ist. Durch eine derartige Klinke wird in einfacher und
vorteilhafter Weise die Klinkenanordnung der erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung
ausgebildet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Klinkenanordnung an einem ersten Ende einen Positionsstift
sowie an einem zweiten Ende ein Zugfederelement und einen dem Permanentmagnetsystem
zugeordneten Magnetanker auf. Eine solche Anordnung bewirkt in vorteilhafter
Weise ein Drehmoment für
eine Drehung der Klinke in Richtung des Permanentmagnetsystems,
wobei durch den Positionsstift in einfacher Weise eine Führung der
Klinke entlang des Schalterwellenhebels bei einem Verklinkungs-
bzw. Auslösevorgang
ausgebildet ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Klinke an dem ersten Ende eine kreissegmentförmige Kontur
auf, deren Mittelpunkt von der Drehachse der Klinke derart beabstandet
ist, dass von einer von dem Schalterwellenhebel auf die Klinke wirkenden
Kraft ein Gegendrehmoment zu den von dem Zugfederelement und dem
Permanentmagnetsystem erzeugten Drehmomenten gebildet wird. Durch
eine derartige Kontur des ersten Endes der Klinke ist in vorteilhafter
Weise gewährleistet,
dass eine von dem Kraftspeicherelement über den Schalterwellenhebel auf
die Klinke wirkende Kraft an der Drehachse der Klinke ein Moment
erzeugt, welches den vom Zugfederelement und Permanentmagnetsystem
erzeugten Drehmomenten entgegengerichtet ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist am Schalterwellenhebel
eine drehbar gelagerte Rolle vorgesehen. Eine derartige Rolle ist
vorteilhaft zur Übertragung
der vom Kraftspeicherelement auf den Schalterwellenhebel wirkenden
Kraft an die Klinke.
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In
zweckmäßiger Weiterbildung
der Erfindung ist die Klinke mit einer Auslösehebelanordnung gekoppelt.
Eine solche Auslösehebelanordnung
bietet eine einfache Möglichkeit,
eine mechanische Auslösung
der Klinke aus der Verklinkungsposition zu realisieren.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung
wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung mit
Bezug auf die Figuren erläutert.
Es zeigen
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung
in einer verklinkten Position;
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2 eine
Detailansicht der Verklinkungsvorrichtung aus 1 in
einer ausgelösten
Position;
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3 eine
Detailansicht der Verklinkungsvorrichtung aus 1 in
einer verklinkten Position;
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4 eine
weitere Detailansicht der Klinke der erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung;
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5 eine
Detailansicht der 4.
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1 zeigt
eine Verklinkungsvorrichtung 1 für einen Leistungsschalter,
dessen Schalterwelle 2 über
einen Schalterwellenhebel 3 einen figürlich nicht dargestellten beweglichen
Schaltkontakt zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung
mit einem ebenfalls figürlich
nicht dargestellten festen Schaltkontakt steuert. An einer Achse 4 des
Schalterwellenhebels 3 ist eine Rolle 5 drehbar
gelagert. Eine Klinke 6 ist mittels einer Achse 7 drehbar
an einem Trägerelement 8 des
Leistungsschalters angeordnet. Die Klinke 6 weist ein erstes
Ende 9, welches mit der Rolle 5 der Schalterwelle 2 zusammenwirkt,
sowie ein zweites Ende 10, welches mit einer Fixierungsanordnung 11 zusammenwirkt,
auf. Am zweiten Ende 10 der Klinke 6 ist mittels
eines Befestigungselements 12 ein erstes Ende eines Zugfederelementes 13 befestigt.
Das Zugfederelement 13 ist an seinem zweiten Ende an einem
Befestigungszapfen 14 des Trägerelementes 8 fixiert.
Das zweite Ende 10 der Klinke 6 weist ferner einen
Magnetanker 15 auf. Am Trägerelement 8 ist ein
Magnetsystem 16 angeordnet, welches einen Permanentmagneten 17 sowie eine
Spule 18 umfasst. Am ersten Ende 9 der Klinke 6 ist
ein Positionsstift 19 zur Führung der Klinke 6 entlang
einer Außenkontur 20 des
Schalterwellenhebels 3 der Schalterwelle 2 angeordnet.
Die Schalterwelle 2 weist ferner ein Befestigungselement 21 auf, an
welchem ein figürlich
ebenfalls nicht dargestelltes Kraftspeicherelement in Form eines
Ausschaltenergiespeicherfederelementes zur Steuerung des Antriebsmechanismus
für den
bewegbaren Schaltkontakt des Leistungsschalters angelenkt ist. Die
Schalterwelle 2 wird bei einem derartigen Leistungsschalter über figürlich nicht
dargestellte Antriebsmittel zum Bewegen der Schaltkontakte gesteuert.
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In 2 ist
die Verklinkungsvorrichtung 1 in einer ersten Position
dargestellt, in welcher sich die Schaltkontakte des Leistungsschalters
in einer geöffneten
Position befinden und ein Schaltvorgang des Leistungsschalters vorbereitet
ist. Das am zweiten Ende 10 der Klinke 6 befestigte
Zugfederelement 13 übt
in dieser Position der Klinke 6 eine Zugkraft in Richtung
des Pfeiles A auf die Klinke 6 aus, wodurch der Positionsstift 19 an
der Außenkontur 20 der Schalterwelle 2 anliegt.
Der Magnetanker 15 ist vom Magnetsystem 16 beabstandet,
wobei die Drehung der Klinke 6 um die Achse 7 durch
den an dem Schalterwellenhebel 3 anliegenden Positionsstift 19 verhindert
wird.
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Wird
ein Schaltvorgang des Leistungsschalters ausgelöst, wird über den Antriebsmechanismus die
Schalterwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 zu einer
Drehung in Richtung des Bewegungspfeiles B im Uhrzeigersinn veranlasst.
Bei einer derartigen Drehung gleitet der Positionsstift 19 entlang
der Außenkontur 20 des
Schalterwellenhebels 3, bis die Schalterwelle 2 und
der Schalterwellenhebel 3 den Schaltvorgang der Schaltkontakte
des Leistungsschalters ausgelöst
haben. Die Schaltwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 bewegt
sich bei diesem Schaltvorgang im Uhrzeigersinn, wobei schließlich der
Positionsstift 19 die Außenkontur 20 verlässt und das
freie Ende der Klinke 6 an der Rolle 5 des Schalterwellenhebels 3 anliegt
und durch die von dem Zugfederelement 13 ausgeübte Kraft
zu einer Drehung im Uhrzeigersinn um die Achse 7 veranlasst
wird. Bei diesem Schaltvorgang wird auch das am Befestigungselement
angelagerte Kraftspeicherelement gespannt.
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3 zeigt
die Verklinkungsvorrichtung nach einem ausgeführten Schaltvorgang des Leistungsschalters.
Die Schalterwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 befinden
sich in einer Position, in welcher über den am Befestigungselement 21 ange ordneten
Antriebsmechanismus die Schaltkontakte des Leistungsschalters in
einer geschlossenen Position sind. Die Klinke 6 ist durch
die Bewegung der Schalterwelle 2 in Richtung des Bewegungspfeils
B zu einer Drehung im Uhrzeigersinn um die Drehachse 7 durch
die von dem Zugfederelement 13 ausgeübte Kraft veranlasst worden
und befindet sich in der 3 in einer die Schalterwelle 2 mit
dem Schalterwellenhebel 3 verklinkenden Position, in welcher
der Magnetanker 15 mit dem Magnetsystem 16 in
Kontakt befindlich ist. Das erste Ende 9 der Klinke 6 wirkt als
Arretierung des Schalterwellenhebels 3 bzw. der Rolle 5 am
Schalterwellenhebel 3. Das figürlich nicht dargestellte und
am Befestigungselement 21 angeordnete Kraftspeicherelement,
welches während
des Schaltvorganges gespannt wurde, erzeugt in dieser Stellung eine
rücktreibende
Kraft auf den Schalterwellenhebel 3 bzw. die Schalterwelle 2,
welche nicht ausreicht, um den Verklinkungsmechanismus auszulösen, da
sich der Magnetanker 15 im Kontakt mit dem Magnetsystem 16 befindet,
so dass die insgesamt auf die Klinke 6 wirkende Kraft durch
das Zugfederelement 13 und das Magnetsystem 16 größer sind
als die vom Ausschaltenergiespeicher über den Schalterwellenhebel 3 auf
die Klinke übertragene Kraft.
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4 zeigt
eine Ansicht der Klinke 6 mit den auf die Klinke 6 wirkenden
Kräften
und 5 eine Detailansicht daraus. Auf die Klinke 6,
welche an der Drehachse 7 als Drehpunkt drehbar gelagert
ist, wirkt eine Kraft F1, welche von dem
Zugfederelement 13 bewirkt wird. Ferner wirkt eine Kraft
F2 durch den Permanentmagneten 17 des
Magnetsystems 16 auf den Magnetanker 15 der Klinke 6.
Die den Kräften
zuzuordnen Drehmomente im Drehpunkt der Drehachse 7 werden über die
jeweiligen Hebelarme h1 als Abstand von
Drehachse zu Zugfederelementangriffspunkt und h2 als
Abstand zu Drehachse zu Magnetkraft F2 Angriffspunkt
definiert. Am ersten Ende 9 der Klinke 6 wirkt
eine Kraft F3, welche über den mit der Schalterwelle 2 bzw.
dem Schalterwellenhebel 3 verbundenen Ausschaltenergiespeicher
auf das Ende 9 der Klinke 6 übertragen wird. Die Kontur
des Klinkenendes 9 ist dabei derartig ausgebildet, dass
die Radialkomponente F3 der vom Schalterwellenhebel 3 übertragenen
Kraft exzentrisch bezüglich
des Drehpunktes der Drehachse 7 angreift, so dass im Drehpunkt durch
die Kraft F3 ebenfalls ein Drehmoment gebildet wird,
welches den Drehmomenten von Zugfederelement und Permanentmagnetsystem
entgegengerichtet ist. Das im Drehpunkt der Drehachse 7 erzeugte Gegendrehmoment
durch die Kraft F3 wird über den Hebelarm h3 entsprechend
dem Abstanddrehpunkt und Wirkungspunkt der Kraft F3 definiert.
Die an der Drehachse 7 wirkenden Drehmomente sind
durch
Zugfederelement: F1 × h1
durch
Permanentmagnetsystem: F2 × h2
durch
Kraftspeicherelement: F3 × h3
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Aufgrund
der entgegengesetzten Richtung des durch die Kraft F3 erzeugten
Gegendrehmomentes weist dieses bei der Addition der Drehmomente ein
entgegengesetztes Vorzeichen auf.
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Für die Summe
dieser Momente gilt F1 × h1 + F2 × h2 – F3 × h3 > 0so
dass das aus den Kräften
F1 und F2 resultierende Haltemoment
größer ist
als das aus der Kraft F3 resultierende Gegendrehmoment
auf die Klinke 6, und die Klinke 6 die Schalterwelle 2 bzw.
den Schalterwellenhebel 3 verklinkt.
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Über die
Spule 18 des Magnetsystems 16 kann ein dem Magnetfeld
des Permanentmagneten 17 entgegenwirkendes, zusätzliches
Magnetfeld generiert werden, so dass die vom Permanentmagnet 17 auf
den Magnetanker 15 wirkende Kraft durch eine von der Spule
erzeugte magnetische Gegenkraft aufgehoben wird, und das Magnetsystem 16 insgesamt
keine Kraft auf den Magnetanker 15 ausübt.
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In
diesem Fall lautet die Momentenbilanz im Drehpunkt der Klinke 6: F1 × h1 – F3 × h3 < 0
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Damit
ist das über
den Schalterwellenhebel 3 auf die Klinke 6 wirkende
Gegendrehmoment größer als
das von dem Zugfederelement 13 erzeugte Moment, so dass
die Klinke 6 zu einer Drehung um ihre Drehachse 7 im
Gegenuhrzeigersinn veranlasst wird, wobei das erste Ende 9 der
Klinke 6 entlang der Rolle 5 gleitet und diese
schließlich
frei gibt, so dass sich die Schaltwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 ebenfalls
im Gegenuhrzeigersinn durch das vom am Befestigungselement 21 angeordneten
Ausschaltenergiespeicher übertragene
Moment in die ausgelöste Position
des Leistungsschalters bewegen kann.
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Die
Spule 18 des Magnetsystems 16 ist mit einer Steuerungs- und Regelungseinheit
des Leistungsschalters verbunden, welche wiederum mit Strom- bzw.
Spannungssensoren, die am Leistungsschalter angeordnet sind, verbunden
ist. Durch die Strom- bzw.
Spannungssensoren wird der Zustand des Leistungsschalters überwacht.
Stromsensoren sind beispielsweise vorgesehen zur Arbeitsstromüberwachung
oder zur Detektion eines im Fehlerfall auftretenden Überstromes.
Spannungssensoren sind vorgesehen, um die an einer Sammelschienenanordnung
anliegende Spannung zu überwachen.
Unterschreitet diese Spannung beispielsweise einen bestimmten Schwellwert,
oder wird von einem Stromsensor ein Überstrom detektiert, so liegt
also eine Störung
der Anlage bzw. des Leistungsschalters vor. Über das mit den Sensoren verbundene
Steuerungs- und Regelungssystem wird ein Strom in der Spule 18 des
Magnetsystems 16 ausgelöst,
so dass die magnetische Haltekraft des Permanentmagneten 17 aufgehoben
wird und die Verklinkungsvorrichtung ausgelöst wird.
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Somit
wird im Fehlerfall, beispielsweise bei Unterschreiten der Spannung
bzw. durch einen Fehlerüberstrom,
ein Auslösen
des Leistungsschalters und eine Trennung der Schaltkontakte realisiert.
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- 1
- Verklinkungsvorrichtung
- 2
- Schalterwelle
- 3
- Schalterwellenhebel
- 4
- Achse
- 5
- Rolle
- 6
- Klinke
- 7
- Achse
- 8
- Trägerelement
- 9
- erstes
Ende
- 10
- zweites
Ende
- 11
- Fixierungsanordnung
- 12
- Befestigungselement
- 13
- Zugfederelement
- 14
- Befestigungszapfen
- 15
- Magnetanker
- 16
- Magnetsystem
- 17
- Permanentmagnet
- 18
- Spule
- 19
- Positionsstift
- 20
- Außenkontur
- 21
- Befestigungselement