DE1665185C3 - Druckgasschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter mit einer mit den beweglichen Kontakten verbundenen Schaltstange, die ihrerseits mit einem pneumatischen Antrieb verbunden ist, einer Schließfeder, die auf die Schaltstange in Schließrichtung der beweglichen Kontakte wirkt, während der pneumatische Antrieb nur in öffi.jngsrichtung der beweglichen Kontakte wirkt, und einer Rastvorrichtung, mit der die Schaltstange in der Öffnungsstellung verriegelbar ist.

Es ist bekannt, daß elektrische Schalter in den meisten Fällen durch Gas- oder Öldruck betätigbare Schaltantriebe aufweisen, welche den Schalter schließen und gleichzeitig die Aufgabe haben, während des Schließvorganges die zum Offnen des Schalters dienende Feder zu spannen. Das Schließen dieser Schalter erfolgt vermittels eines (pneumatisch oder durch Öldruck betätigbaren) Schaltantriebs, während das öffnen durch eine oder mehrere gespannte Federn ausgeführt wird.

Der Schaltvorgang dieser Schalter ist daher wie folgt:

a) Wenn der Schalter geöffnet ist, sind die Öffnungsfedern entspannt;

b) während des Schließvorganges werden die Öffnungsfedern progressiv gespannt;

c) wenn der Schalter geschlossen ist, sind die Öffnungsfedern voll gespannt;

d) wenn der Wiederöffnungsvorgang des Schalters ausgelöst wird, entspannen sich die Öffnungsfedern in progressiver Weise und bewirken das öffnen der Kontakte,

Die vorstehend beschriebene Reihenfolge ist in jedem Falle die beste für Schalter der bekannten ölarmen Ausführung,

Wie auch aus dem Kräfteplan der Fig. 1 z:i ersehen ist, stellt diese Anwendung des Schaltantriebs unter den gegebenen Bedingungen eine optimale Ausnutzung des Schaltantriebs dar, weil dieser in einem ölarmen Schalter gegen Ende des Schließvorganges, wenn sich der beim Schließen des Schalters oder Unterbrechers auftretende Lichtboden bildet, die größte Kraft überwinden muß.

Der Kräfteplan von Fig. 1 stellt die verschiedenen Belastungskurven für die verschiedenen Schaltvorgänge und für die verschiedenen Schaltstellungen dar, welche der beweglich gelagerte Kontakt bei Auftreten eines Kurzschlusses während eine? vollständigen Schließ- und Öffnungsvorganges einnimmt.

In diesem Kräfteplan stellt R den Verlauf der Widerstandskraft dar, welche einer Bewegung des beweglichen Kontaktes entgegengesetzt ist; S den Verlauf der zum Spannen der Öffnungsfeder erforderlichen Kraft; U und Z die Kraft, welche der Schaltantrieb ausüben muß, um einen vollständigen Schaltvorgang auszuführen (für den Fall einer konstanten bzw. ansteigenden Betätigungskraft); T den größten Widerstand, welchen der Schalter übenvin-

■w den muß, wobei dieser Widerstand durch die Summe der Ordinaten der Kurven R und S an dem Zeitpunkt des Schalt Vorganges gegeben ist, in welchem diese Summe ihren Höchstwert annimmt.

Der Schaltantrieb für den Schalter muß während des ganzen Schaltvorganges in der Lage sein, den auf den bewegten Kontakt während dessen Bewegung (Kurve R) ausgeübten Widerstand zu überwinden und die Spe^rfeder und die Schaltfeder mit einer solchen Kraft zu spannen, daß diese die ihnen gestellte

jo Aufgabe erfüllen können. Die unterhalb des Kräfteplans in Fig. 1 angeordnete Zeichnung (die, wie bereits erwähnt wurde, mit dem Kräfteplan in Beziehung steht), stellt eine Unterbrecherkammer 1, einen feststehenden Kontakt 2 und einen beweglichen Kmtakt 3 dar, welcher mit einem Schaltantrieb verbunden ist. Die Bezugsbuchstaben bezeichnen die verschiedenen Schaltstellungen des beweglichen Kontaktes 3 und damit auch die verschiedenen Abschnitte des Schaltvorganges: Stellung A des beweglichen Kontakts 3 entspricht dem Zeitpunkt des geöffneten Schalters, Stellung B dem Zeitpunkt, an dem ein Lichtboden entsteht, C dem Zeitpunkt, in welchem der bewegliche Kontakt 3 gerade mit dem feststehenden Kontakt in Berührung kommt, D dem geschlossenen Schalter, Stellung E dem Trennen der Kontakte, während in der Stellung Fein Stoßfänger in Tätigkeit tritt und in der Stellung G der Schalter wieder die geöffnete Stellung erreicht hat. Unter Zuhilfenahme des Kräfteplans läßt sich ersehen, daß die Verwendung eines Solchen Schaltantriebs für ölarme Schalter die beste Ausnutzung dieses Schaltantriebs darstellt, wenn berücksichtigt wird, daß sowohl bei einer konstanten Betätigungskraft (Kurve U) als auch bei ansteigender Betätigungskraft (Kurve Z), beispielsweise vermittels einer pneumatisch betätigten Steuerung, die Kraft des Schaltantriebs etwas größer sein muß als die größte Kraft, welche zum Bewegen des beweglichen Kontaktes 3 und zum Spannen der Federn erforderlich ist. Im Fall konstanter Kraft

μ (Kurve Z) wird eine Energie von angenähert 135 mkp, gegenüber einem maximalen Kraftbedarf von 125 kgm erhalten, während bei ansteigender Kraft (Kurve U) etwa 140 kgm erhalten wird. Dieser Unterschied zwischen der Kurve U und der Kurve Z ist sehr gering und beträgt etwa 5 kgm. Er läßt sich an der Ordinate an der Stelle C (Beginn der Kontaktberührung) ersehen, d. h. an der Stelle, an welcher die größte Kraft erforderlich ist.

Dieser vorstehend beschriebene Ablauf des Schaltvorganges ist jedoch für selbsttätige elektrische Druckgasschalter gänzlich ungeeignet.

Bei diesen treten gegen das Ende des Öffnungsvorganges die größten Gegenkräfte auf und unterscheiden sich dadurch vollständig von den oben erwähnten Schaltern. Das ist darauf zurückzuführen, daß der während des Schließvorganges auftretende Lichtbogen einerseits zwar eine Gegenkraft verursacht, andererseitb in der Druckgaskammer der Druck erhöht wird, der das Schließen der Kontakte begünstigt.

Die dabei auftretenden Kräfte sind im Kräfteplan nach Fig. 2 dargestellt, in welchem die als Bezugszeichen dienenden Ziffern und Buchstaben die gleichen Kurven bzw. Vorrichtungen kennzeichnen wie in der Darstellung von Fij». 1. In der Darstellung nach Fig. 2 ist außerdem eine Stellung H angegeben, welche dem Abbruch des Lichtbogens zwischen dem festen und dem beweglichen Kontakt 2 bzw. 1 entspricht und sehr nahe an der Stellung G liegt, in welcher der Schalter wieder ganz geöffnet ist.

Dieser Kräfteplan zeigt ganz deutlich, daß im Gegensatz zu ölarmen Schaltern, die Belastung in der Zone des sich ausbildenden Lichtbogens (d. h. von B nach C) abnimmt, während die größte Gegenkraft beim Erlöschen (oder Unterbrechen) des Lichtbogens (Stellung H), nämlich gegen Ende des von den Kontakten 1, 2 während des öffnens zurückgelegten Weges (Stellung C), auftritt.

Die zum öffnen des Schalters dienenden Federn müssen daher wesentlich größere Widerstände überwinden (und daher eine größere Energie speichern) als bei ölarmen Schaltern (Fig. 1).

Bei einem Schaltantrieb mit konstanter Betätigungskraft muß die Kraft nur um einen geringen Wert größer sein als die maximale Kraft, die für die Bewegung des beweglichen Kontaktes und für das Spannen der Federn erforderlich ist (Kurve U). Bei einem Schaltantrieb mit ansteigender Betätigungskraft dagegen muß die von diesem ausgeübte Kraft viel höher sein (Kurve Z), für den Fall, daß die größte Kraft zu Ende des Bewegungsvorganges gegeben ist. Die Kurve Z muß während der ganzen Schaltvorgänge oberhalb der Summe der Kurven R und S verlaufen und muß daher auch in der Stellung A,ά. h. bei geöffnetem Schalter, einen solchen Anfangswert besitzen, daß in der Endstellung D, d. h. bei geschlossenem Schalter immer noch ein hoher Endwert gegeben ist. Wie sich aus den Kräfteplänen ersehen läßt, benötigt der Schaltantrieb mit Konstantkraft bei einer erforderlichen Maximalenergie von 140 kgm eine etwas höhere Energie von 150 kgm ungefähr (Kurve U), während für den Schaltantrieb mit ansteigender Kraft eine viel höhere Energie, nämlich etwa 200 kgm (Kurve Z) erforderlich sind. In diesem Falle beträgt die erforderliche Differenz der Energie sehr viel, nämlich etwa 50 mkp. Der Unterschied der Kräfte ist in der Stellung D (bei geschlossenem Schalter) aus der entsprechenden Ordinate zu ersehen. Diese Stellung ist der Zeitpunkt, in welchem die größte Kraft T erforderlich ist.

Bei Beibehaltung des vorstehend beschriebenen Schaltablaufs muß der Schaltantrieb eines selbsttätigen Druckgasschalters eine sehr hohe Leistung abgeben können, was verständlicherweise einige Probleme hervorruft.

Ein Druckgasschalter der eingangs genannten Art ist bereits bekan.it (DT-PS 1070266). Die beweglichen Kontakte werden durch pneumatische Betätigung in Öffnungsrichtung und durch Federbetätigung in Schließrichtung bewegt, wobei außerdem eine Rastvorrichtung die beweglichen Kontakte in öff-

■> nungsstellung hält. Bei dem bekannten Druckgasschalter wirkt die Schließfeder mit einem Kolben zusammen, indem sie unterhalb des Kolbens angeordnet ist. Dadurch wird die Gesamtbaulänge des Schaken erhöht.

Die auch beim bekannten Schalter vorgesehene Rastvorrichtung ermöglicht eine Verriegelung der Schaltstange nur unter bestimmten Bedingungen. Nur bei einem ausreichenden Druckabfall bei Betätigung des Schalters vermag eine vorgespannte Feder einen

i' Hilfskolben so zu betätigen, daß die mit ihm gekoppelte Klinke in Eingriff mit einem Fortsatz der Schaltstange gelangt. Daher wird im Normalfall der Schalteröffnung eine Verriegelung der Schaltstange nicht erfolgen, sondern nur dann, wenn nach längerer Öff-

-" nuitgszeit ein Druckabfall unter einen gewissen Werl stattgefunden hat. Auch al-. Entriegelung erfolgt in Abhängigkeit vom Druck in der Leitung, die zum Betätigungszylinder führt. Daher besteht Gefahr, daß die gewünschte Betriebssicherheit nicht immer gegeber ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckgasschalter zu schaffen, der einfach aufgebaut und betriebssicher und einfach zu warten ist, mit kleinstmöglicher Energie betätigt werden kann und

jo selbsttätig in der öffnungssteilung verriegelt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schließfeder seitlich von der Schaltstange angeordnet und über ein Hebelsystem mit dieser verbunden ist und ein Verriegelungshebel an die Schalt-

Ji stange angelenkt ist, der in der Öffnungsstellung der beweglichen Kontakte automatisch in der Rastvorrichtung verrastet und nur bei Betätigung einer Steuervorrichtung die Rastvorrichtung wieder freigegeben wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Schalter greift die Schließfeder seitlich an der Betätigungsstange über ein Hebelgestänge an, wodurch die Bauhöhe des Schalters verringert wird. Außerdem ermöglicht die Einschaltung eines Hebelgcstänges, eine günstige

Übersetzung vorzusehen. Schließlich ist die Schließfederanordnung zu Wartungszwecken günstig erreichbar.

Bei dem erfindungsgemäßen Schalter ist ferner über mechanisch sehr einfache Mittel automatisch

so eine Verrastung in der Öffnungsstellung gegeben, indem der an der Schaltstange angelenkte Hebel rastend mit einer Klinke in Eingriff kommt. Dies geschieht unabhängig von dem Schalter bzw. pneumatischen Antrieb vorliegenden Bedingungen. Dadurch wird eine sehr große Betriebssicherheit erzielt. Außerdem kann eine gezielte Rückkehr des Schalters in die Schließstellung eingeleitet werden, die wiederum allein abhängig ist von einem separaten Steuerbefehl oder von. einer Handbetätigung. Eine ungewollte Rückkehr in die Schließstellung ist hingegen nicht möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher beschrieben Die bereits vorstehend diskutierten Zeichnungen

werden nachfolgend in der Zeichnungskurzbeschreibung nochmals aufgeführt:

Fig. 1 zeigt einen Kräfteplan für einen öiarmen Schalter für öffnungs- und Schließbewegung.

Fig. 2 zeigt einen Kriifteplan für einen Druckgasschalter.

Fig. 3 zeigt einen Kriiftcplan für den erfindungsgemäßen Schalter.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Axialqucrschnitt durch einen Druckgasschalter nach der Erfindung in der Schließstellung.

Fig. 5 zeigt den gleichen Schnitt wie Fig. 4, jedoch in Öffnungsstellung des Druckgasschalters.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3,4 und 5 läßt sich ersehen, daß dieser Schaltantrieb in einer solchen Weise durchgeführt wird, daß das öffnen des Schalters pneumatisch und das Spannen der Schließfedern während des öffnens des Schalters erfolgt.

Der Schaltvorgang erfolgt in folgender Weise:

1. Wenn der Schalter geöffnet ist, sind die Schließfedern voll gespannt;

2. wenn der Schließvorgang des Schalters ausgelöst wird, entspannen sich die Federn in progressiver Weise und bewirken eine Verschiebung iler Kontakte in die geschlossene Schaltstellung;

3. wenn der Schalter geschlossen ist, sind die Schließfedern entspannt;

4. wenn der Schalter wieder geöffnet wird, werden die Schießfedern in progressiver Weise aufgeladen.

Die Ausnutzung der Wirkungsweise eines derartigen Schaltantriebs ist, wie das Diagramm von Fig. 3 zeigt, unter diesen Bedingungen die bestmöglichste, da gegen Ende des öffnungsvoi ganges, wenn der Lichtboden unterbrochen wird, die größte Kraft entwickelt werden muß. d. h. also gerade zu dem Zeitpunkt, wenn der pneumatisch betätigte Schaltantrieb bei dieser Wirkungsweise eine Energie- bzw. Kraftkurve besitzt, die so nahe wie möglich an der erforderlichen Maximalkraft liegt.

Die beste Verwendung des pneumatisch betätigten Schaltantriebs wird daher dann erzielt, wenn dieser das öffnen des Schalters übernimmt.

Das Diagramm von Fig. 3 stellt die verschiedenen Kraftkurven dar, die nach den gleichen Kriterien bestimmt worden sind, wie für die Diagramme der Fig. 1 und 2. Die als Bezugszeichen dienenden Buchstaben und Ziffern haben deshalb die gleiche Bedeutung wie in den Fig. 1 und 2.

Aus dem Diagramm der Fig. 3 ist zu ersehen, daß die von dem Schaltantrieb ausgeübte Kraft nur etwas größer sein muß als die größte Kraft, welche zur Verschiebung des beweglichen Kontaktes 1 und das Spannen der Federn erforderlich ist. Das trifft sowohl auf einen Konstantkraft-Schaltantrieb (Kurve U) als auch auf einen Schaltantrieb mit ansteigender Kraft (Kurve Σ) zu, d. h. auf einen pneumatisch betätigten Schaltantrieb, der in der bereits erwähnten Weise vermittels einer während des Schaltvorganges veränderlich einstellbaren Luftmenge steuerbar ist. Wie bereits ausgeführt wurde, tritt der größte Widerstand bei // auf. wenn der Lichtbogen gelöscht oder unterbrochen wird und die Kurve R ihren Höchstwert erreicht. Daher werden die Schließfedern genau an dem Zeitpunkt, genauer gesagt dem Schließzeitpunkt, betätigt, an dem die geringste Energie erforderlich ist.

Der Unterschied der erforderlichen Kraft ist daher sehr klein. Bei einer erforderlichen Höchstenergie von etwa 130 kgm benötigt der Konstantkraft-Schaltantrieb (Kurve U) nur etwa 140 kgm, während der pneumatisch betätigte Schaltantrieb, welcher einstellbar ist (Kurve Z). nur etwa 145 kgm benötigt, d. h. eine nur wenig höhere Kraft. Der Unterschied (/.wischender Kurve ZundderKurve U) beträgt nur etwa 5 kgm und läßt sich aus der Ordinate der Kurve an der Stellung H ersehen (in welcher der Lichtbogen ausgelöscht oder unterbrochen wird), d.h. wenn dir größte Kraft T erforderlich ist.

Bei den bekannten oben beschriebener* Ausfüllrungen. bei denen ein liiiuiimatischer Schaltantrieh das Schließen des Schalters ausführt, während die Federn das öffnen des Schalters bewirken, muß die von dem Schaltantricb aufgebrachte Energie etwa 200 kgm beiragen. Bei dem zuletzt beschriebenen Schalter dagegen, bei welchem der pneumatische Schaltantricb das öffnen des Schalters ausführt, während die Federn das Schließen des Schalters bewirken, muß die von dem Schaltantrieb aufgebrachte Energie t^ei etwa 145 kgm liegen.

Die mit den Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 bezeichneten Teile sind die gleichen wie in Fig. 1, 2 und 3. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Gasdruck- bzw. pneumatischen Schaltantritb, welcher das Unterbrechen des Stromkreises durch Trennung des feststehenden Kontaktes 2 und des beweglichen Kontaktes 3 bei gleichzeitigem Spannen einer seitlich angeordneten Schließfeaer 7 über ein seitlich an die Schaltstange 4 angreifendes Hebelgestänge bewirkt. Mit dem Bezugszeichen 6 ist die Erregerwicklung bezeichnet, welche den Schließvorgang des Schalters auslöst. Wenn der Schalter geschlossen ist (Fig. 4), befinden sich die Kontakte 2 und 3 miteinander im Eingriff, die Schließfeder 7 ist entspannt und ein Sperrhebel 8 ist von einer Klinke 9 freigegeben, welehe durch die Wicklung 6 betätigbar ist. Wenn der Befehl zum öffnen des Schalters gegeben wird, wird der Schaltantrieb S betätigt, trennt die Kontakte 2 und 3 voneinander, spannt die Schließfeder 7 und klinkt den Sperrhebel 8 ein. Damit ist die Stellung von Fig. 5 erreicht. Zum erneuten Schließen des Schalters braucht dann nur die Wicklung 6 erregt zu werden, welche die Klinke 9 betätigt, wodurch die Klinke 9 den Sperrhebel 8 freigibt und damit die Schließfeder 7 auslöst. Die Schließfeder 7 entspannt .sich und bringt dabei die Kontakte 2 und 3 wieder miteinander in Eingriff.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit einer mit den beweglichen Kontakten verbundenen Schaltstange, die ihrerseits mit einem pneumatischen Antrieb verbunden ist, einer Schließfeder, die auf die Schal tstange in Schließrichtung der beweglichen Kontakte wirkt, während der pneumatische Antrieb nur in Öffnungsrichtung der beweglichen Kontakte wirkt, und einer Rastvorrichtung, mit der die Schaltstange in der Öffnungsstellung verriegelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (7) seitlich von der Schaltstange (4) angeordnet und über ein Hebelsystem mit dieser verbunden ist und ein Verriegelungshebel (8) an die Schaltstange (4) angelenkt ist, der in der Öffnungsstellung der beweglichen Kontakte (1) automatisch in der Rastvorrichtung (9) verrastet und nur bei Betätigung einer Steuervorrichtung (6) die Rastvorrichtung (9) wieder freigegeben wird.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen Elektromagneten (6) aufweist.