DE4023740C2 - Schalterantrieb - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schalterantrieb, insbesondere einen
Leistungsschalterantrieb mit einer lösbaren, mehrere Glieder
umfassenden Verklinkungseinrichtung für das Öffnen oder Schließen
des elektrischen Kontaktsystems, wobei mindestens ein Glied kurzzeitig
in einer vorgegebenen Position arretierbar oder aus dieser
lösbar ist.
Bei elektrischen Schaltgeräten einschließlich Schützen sind die
vorgenannten Glieder wichtig, um Öffnungs- oder Schließvorgänge
durchzuführen und definierte Ein- oder Aus-Betriebszustände zu
erreichen. So weisen solche Geräte beispielsweise ein mechanisches
Arretierglied für das Schaltschloß auf, zum Beispiel in
Form einer Halbwelle. Weiterhin sind zur Abbremsung der beim Ausschaltvorgang
bewegten Glieder beziehungsweise deren Massen Dämpfungsglieder
notwendig sowie geeignete Sperren, um das Rückprellen und damit
das unerwünschte kurzzeitige erneute Schließen zu verhindern.
Schließlich sind Arretierglieder notwendiger Bestandteil für
Hilfsauslöseeinrichtungen wie beispielsweise Unterspannungsauslöser.
Schließlich geht es bei Schützen um eine Arretierung des
Betriebszustandes, was bisher durch eine Leistungsspule geschieht,
die während der gesamten Betriebsdauer eine relativ hohe
Leistung aufnimmt, wobei gegebenenfalls zwei Schütze gegenseitig
mechanisch verklinkt sein können, um deren gleichzeitigen Betrieb auszuschließen.
In allen vorgenannten Fällen sind also geeignete Arretier- oder
Dämpfungsglieder erforderlich, die bisher in folgenden Punkten
unbefriedigend waren: Der Hauptnachteil ist der zeitlich zu langsame
Bewegungsablauf der mechanischen Teile. Die sich in engen
Grenzen bewegende Lageabhängigkeit der in Wirkverbindung stehenden
Glieder beeinträchtigt die Zuverlässigkeit nachhaltig. Auch
sind diese Glieder nicht elektronisch ansteuerbar, weil die
bisherige mechanische Lösung einen weit höheren Leistungsbedarf
für die Auslösung erfordert, als die Steuerelektronik liefern
kann. Schließlich erfordert die bisherige Mechanik die Herstellung
teurer und sehr präzise dimensionierter Glieder.
Ein Beispiel liefert der Gegenstand der deutschen Auslegeschrift
22 36 584 betreffend eine Rückprellsperre für ein Schaltgerät,
deren Auslöser ab einer Kurzschlußstromhöhe von etwa 30 kA bis
50 kA ansprechen. Moderne Schalter haben heute aber Schaltvermögen
bis über 100 kA, was bedeutet, daß dieser Bereich infolge
der Prellgegebenheiten nur schwer zu beherrschen ist. Bei
höheren Kurschlußströmen besteht insbesondere das Problem, daß
die Sperrfunktion nicht mehr mit Sicherheit gewährleistet ist, d. h.,
es besteht die Gefahr, daß der Schalter wieder schließt. Bisher
ist keine Möglichkeit bekannt, die Prellverhältnisse auf die tatsächlich auftretende jeweilige Kurzschlußstromstärke abzustimmen.
Der beispielhaft angegebene Bereich von 30 bis 100 kA ist zu
breit, um mit herkömmlichen Mitteln optimal abgedeckt werden zu
können.
Durch die deutsche Auslegeschrift 25 52 257 ist ein Leistungsschalter
mit einem durch Schaltschluß verklinkbares Kontaktsystem
und mindestens einem festen und einem beweglichen Kontaktstück
bekannt. Hierdurch wird eine mechanisch wirkende Rückprellsperre
geschaffen, die aber keine steuerbare Dämpfung oder Arretierung
eines Schaltgliedes ermöglicht.
Weiterhin ist durch die DE 36 31 107 A1 ein regelbarer Stoßdämpfer
für Kraftfahrzeuge bekannt. In diesem Stand der Technik sind aber
keine Hinweise auf elektrische Schaltgeräte gegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalterantrieb,
insbesondere einen Leistungsschalterantrieb mit Dämpfungs- und
Verriegelungselementen zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird durch
die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt
Fig. 1 das Schema eines Schaltschlosses mit elektronischer
Verklinkung;
Fig. 2 eine Rückprellsperre für ein Schaltgerät.
Die Fig. 1 und 2 zeigen übereinstimmend ein Kontaktsystem
mit der Kontaktmechanik eines Leistungsschalters höherer
Nennstromstärke. Im einzelnen ist der feststehende Hauptkontakt
bzw. das Hauptschaltstück mit 10 bezeichnet, das bewegliche
Hauptschaltstück mit 11. Dieses ist seinerseits im
Schalthebel 12 schwenkbeweglich gelagert und wird von der
Kontaktdruckfeder 13 in Stellung EIN mit Druck beaufschlagt.
Die Schaltwelle 14 ist ortsfest im nicht dargestellten
Gehäuse drehbar gelagert und weist eine übliche Schelle 15
auf, die auf der Schaltwelle 14 festsitzt und mit einer Koppelstange
16 verbunden ist, die ihrerseits den Schalthebel 12
bewegt.
Weiterhin weist die Schaltwelle 14 einen festsitzenden Mitnahmehebel
18 auf (zuweilen Kurbel genannt), der mit der
Schloßmechanik verbunden ist. Zur Schloßmechanik gehören insbesondere
das aus den gleichen Teilen 19a und 19b bestehende
Kniegelenk, der Rollenhebel 20 mit drehbeweglich angebrachter
Rolle 20a sowie der Klinkenhebel 21, der sich im Falle der
Fig. 2 auf der Halbwelle 22 abstützt.
Beide Figuren zeigen das Kontaktsystem und die zugehörige
Schloßmechanik in der Stellung EIN, wobei sich die Anlenkstange
24 samt zugehörigem Umlenkhebel 25, welcher drehbeweglich
auf der Umlenkwelle 26 gelagert ist und auf dem Anschlag
28 aufliegt, in einer definierten Position befinden. In der
Stellung AUS liegt der Mitnahmehebel 18 am Anschlagpuffer 27.
Darüber hinaus zeigt die Fig. 2 einen Stromsensor 30 und
einen mit diesem elektrisch verbundenen Auslöser 31, welcher
die Höhe der Feldstärke und somit das Maß der Viskosität der
Flüssigkeit steuert.
Die für die Erfindung wesentlichen Teile betreffen nun das
Glied 1, das direkt oder indirekt an geeigneter Stelle der
Kontaktmechanik angreift, insbesondere am Klinkenhebel 21
(wie in Fig. 1 gezeigt) oder an der Schaltwelle 14 (wie in
Fig. 2 gezeigt). Das Glied 1 umfaßt einen Kolben 1a mit
Überströmöffnungen, der sich in einen geschlossenen Behälter
2 erstreckt, der seinerseits mit einer elektroviskosen Flüssigkeit
3 gefüllt ist. Die Elektroden können beispielsweise
in axialer Richtung aufgeteilt sein als obere und untere
Elektrode 4a und 4b im Falle Fig. 1. Ebenso ist eine halbschalige
Aufteilung leicht zu verwirklichen, wie in Fig. 2
angedeutet.
Im folgenden wird die Funktion näher erläutert, zunächst im
Falle eines Schaltschlosses mit elektronischer Verklinkung
gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt die verklinkte Stellung EIN. Wenn nun eine Auslösung
zum Zwecke der Öffnung des Kontaktsystems erfolgen
soll, sei es durch Schutzauslöser, sei es durch gezielte
betriebliche Steuersignale, wird die Spannung an den Elektroden
4a, 4b abgeschaltet. Dies bedeutet, daß der in Stellung
EIN durch die erstarrte elektroviskose Flüssigkeit 3 arretierte
Hubzylinder 1a freigegeben wird und unter der Wirkung
der Kontaktkräfte (einschließlich Feder 13) sich nach unten
wegbewegt bzw. im Falle der Darstellung tiefer in den Behälter
eintaucht. Damit gibt der Klinkenhebel 21 die Rolle 20a
frei, und der Rollenhebel 20 verschiebt sich im Gegenuhrzeigersinn
derart, daß das Kniegelenk 19a, 19b über den gestreckten
Totpunkt in die instabile Lage gebracht wird. Damit dreht
sich der Mitnahmehebel 18 samt Schaltwelle 14 unter dem Druck
des Kontaktsystems im Gegenuhrzeigersinn und öffnet über die
Koppelstange 16 und den Schalthebel 12 das bewegliche Hauptschaltstück
11.
Die geschilderte Bewegung endet, indem der Mitnahmehebel 18
an den elastischen Anschlagpuffer 27 zur Anlage kommt entsprechend
der Stellung AUS.
Der Hauptvorteil des Ersatzes üblicher Verklinkungsglieder,
insbesondere der in Fig. 2 gezeigten Halbwelle, durch die
erfindungsgemäße Anordnung gemäß Fig. 1 besteht darin, daß
diese neue Verklinkungseinrichtung elektronisch ansteuerbar
ist. Die damit im Zusammenhang stehenden Vorteile wurden
bereits oben genannt.
Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Rückprellsperre
in Verbindung mit Fig. 2 näher erläutert.
Hier ist der Fall interessant, daß die Auslösung bei höheren,
prellkritischen Strömen erfolgt. Dies bedeutet, daß entsprechend
höhere elektrodynamische Kräfte im System auftreten und
sich beschleunigend auf die Ausschaltbewegung einschließlich
Drehung der Schaltwelle etc. auswirken. Dabei erfolgt der
Anschlag des Mitnahmehebels 18 am Anschlagpuffer 27 relativ
heftig und kann die unerwünschte Folge haben, daß Rückstoßkräfte
von solcher Größenordnung auftreten, daß sich die
Bewegung der Schaltwelle 14 und der Koppelstange 16 umkehren,
womit der Schalthebel 12 nach links im Bild zurückschwenkt in
die Nachbarschaft des Hauptschaltstückes 10. Da sich in dessen
Bereich noch ionisierte Gase befinden, besteht die erhebliche
Gefahr einer Rückzündung.
Um diesen unerwünschten Rückprellvorgang zu verhindern, dient
die erfindungsgemäße Rückprellsperre. Erreicht der abzuschaltende
Strom, insbesondere ein Kurzschlußstrom, die Größenordnung,
die prellkritisch ist, so erfaßt der Sensor 30 automatisch
diese Größenordnung und beaufschlagt über den Auslöser
31 die Elektroden 4a, 4b derart, daß die Zähigkeit der Flüssigkeit
3 sich in dem Maße erhöht, daß die Bewegung des Gliedes
1 bzw. des Hubzylinders 1a in der Flüssigkeit 3 entsprechend
stark gedämpft wird, gegebenenfalls bis zur vollständigen
Blockierung im Bereich der der Stellung AUS
entsprechenden Endposition des Zylinders 1a. Damit ist die
gefürchtete Rückprellung zuverlässig unterbunden.
Gegenüber bekannten mechanischen Rückprellsperren bestehen
folgende große Vorteile: steuerbare Viskosität und damit
Dämpfung, die bis zur Arretierung direkt elektronisch ansteuerbar
ist; Eignung für die kostengünstige Erweiterung schon
vorhandener Elektronik-Schutzbausteine.
Die Ausbildung des Behälters 2 und des darin eintauchenden
Hubkolbens 1a kann in unterschiedlicher Art erfolgen, insbesondere
der Anordnung der Elektroden. Die Aufteilung der
Elektroden kann, wie bereits genannt, beispielsweise in radialer
oder axialer Hinsicht erfolgen. Die Überströmöffnungen
des Kolbens 1a können in herkömmlicher Weise ausgebildet
sein. Dies gilt für die Gestaltung allgemein, die Abdichtung
gegenüber dem Glied 1 und die Isolierung der Elektroden
voneinander und nach außen. Bei einer besonderen Ausführungsform
kann endseitig im Behälter 3 eine Membran vorgesehen
sein, welche ein Druckluftpolster 5 gegen die elektroviskose
Flüssigkeit abgrenzt. Dieses Druckluftpolster 5 soll im Falle
der völligen Erstarrung der Flüssigkeit 3 die mechanischen
Stoßimpulse dämpfen und damit den Verschleiß der betroffenen
Teile vermindern.
Bei einer bevorzugten Bauform können die beiden Elektroden 4a
und 4b beidseitig von den Überströmöffnungen im Kolben 1a
derart angeordnet werden, daß bereits beim Anlegen einer
geringen Feldstärke die Viskositätsänderung nur im Bereich
der Überströmöffnungen erfolgt und somit die Dämpfung des
Kolbens sehr präzise wirksam wird.
Bezugszeichenliste
1 Glied
1a Kolben
2 Behälter
3 Flüssigkeit
4a, 4b zusammenwirkende Elektroden
5 Luftpolster
10 feststehendes Hauptschaltstück (Hauptkontakt)
11 bewegliches Hauptschaltstück
12 Schalthebel, in dem Teil 11 gelagert ist
13 Kontaktdruckfeder
14 Schaltwelle, ortsfest im Gehäuse drehbar gelagert
15 Schelle, sitzt fest auf Schaltwelle 14
16 Koppelstange, beaufschlagt Schalthebel 12
18 Mitnahmehebel (meist Kurbel genannt), sitzt fest auf Schaltwelle 14
19a, 19b Kniegelenk
20 Rollenhebel
20a drehbeweglich am Rollenhebel 20 angebrachte Rolle
21 Klinkenhebel
22 Halbwelle
24 Anlenkstange
25 Umlenkhebel
26 Umlenkwelle
27 Anschlagpuffer für Teil 18 in Stellung AUS
28 Anschlag für Teil 25 in Stellung EIN
30 Stromsensor
31 Auslöser
1a Kolben
2 Behälter
3 Flüssigkeit
4a, 4b zusammenwirkende Elektroden
5 Luftpolster
10 feststehendes Hauptschaltstück (Hauptkontakt)
11 bewegliches Hauptschaltstück
12 Schalthebel, in dem Teil 11 gelagert ist
13 Kontaktdruckfeder
14 Schaltwelle, ortsfest im Gehäuse drehbar gelagert
15 Schelle, sitzt fest auf Schaltwelle 14
16 Koppelstange, beaufschlagt Schalthebel 12
18 Mitnahmehebel (meist Kurbel genannt), sitzt fest auf Schaltwelle 14
19a, 19b Kniegelenk
20 Rollenhebel
20a drehbeweglich am Rollenhebel 20 angebrachte Rolle
21 Klinkenhebel
22 Halbwelle
24 Anlenkstange
25 Umlenkhebel
26 Umlenkwelle
27 Anschlagpuffer für Teil 18 in Stellung AUS
28 Anschlag für Teil 25 in Stellung EIN
30 Stromsensor
31 Auslöser
Claims (5)
1. Schalterantrieb mit einer lösbaren, mehrere Glieder umfassenden
Verklinkungseinrichtung für das Öffnen oder Schließen
des elektrischen Kontaktsystems, wobei mindestens ein Glied
kurzzeitig in einer vorgegebenen Position arretierbar oder
aus dieser lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das
Glied (1) direkt oder vermittels eines angelenkten Zusatzgliedes
als Dämpfungs- und Sperrglied in einen geschlossenen
Behälter (2) erstreckt, der mit einer elektroviskosen Flüssigkeit
(3) gefüllt ist und elektronisch ansteuerbare Elektroden
(4a, 4b) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes,
durch das die Viskosität der Flüssigkeit (3) veränder- bzw.
steuerbar ist, aufweist.
2. Schalterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektroden (4a, 4) durch elektronische Auslöser (31)
ansteuerbar sind, deren Sensoren (30) die Stromhöhe erfassen
und im prellkritischen Bereich die Erhöhung der Feldstärke
bewerkstelligen.
3. Schalterantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das eintauchende Glied (1) kolbenförmig ausgebildet ist und
daß der Kolben (1a) Durchbrüche zum Durchtritt der elektroviskosen
Flüssigkeit aufweist.
4. Schalterantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Behälter (2) aus zwei voneinander isolierten Halbschalen
besteht, die als Elektroden (4a, 4b) ausgebildet sind.
5. Schalterantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektroden (4a, 4b) im Bereich der Kolbendurchbrüche
(Überstromöffnungen) angeordnet sind.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4023740A DE4023740C2 (de) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Schalterantrieb |
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Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4023740A Expired - Fee Related DE4023740C2 (de) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Schalterantrieb |
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EP (1) | EP0468272B1 (de) |
DE (2) | DE4023740C2 (de) |
Cited By (2)
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DE102004061281A1 (de) * | 2004-12-14 | 2006-06-29 | Siemens Ag | Schaltvorrichtung mit erhöhter Leerschaltfestigkeit und entsprechendes Verfahren |
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- 1990-07-26 DE DE4023740A patent/DE4023740C2/de not_active Expired - Fee Related
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- 1991-07-09 EP EP91111390A patent/EP0468272B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-09 DE DE59107235T patent/DE59107235D1/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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EP0468272A3 (en) | 1992-12-30 |
DE4023740A1 (de) | 1992-02-06 |
EP0468272A2 (de) | 1992-01-29 |
EP0468272B1 (de) | 1996-01-10 |
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AEG NIEDERSPANNUNGSTECHNIK GMBH & CO. KG, 24534 NE |
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