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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsmechanismus, der mit Hilfe
von Energie, die in Energiespeichermitteln gespeichert ist, und
mit Hilfe von Umwandlungsmitteln verwendet wird, um einen Schalter
vorzusehen, der aus einem oder aus mehreren Vakuumschaltungsunterbrechern
in einer elektrischen Schaltung zusammengesetzt ist, oder um diesen
Schalter darin zu öffnen.
Die fragliche Schaltung kann beispielsweise ein Kabel, den Schalter
und ein Netz- bzw. Schienensystem aufweisen, wobei in diesem Fall
der Schalter das Kabel mit dem Netzsystem verbindet oder davon trennt.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Antriebsmechanismus
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Gemäß einem
weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren
zur Betätigung
eines solchen Antriebsmechanismus gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
8.
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Ein
solcher Antriebsmechanismus ist beispielsweise aus der Patentveröffentlichung
EP-A-0 450 194 bekannt, die einen Schalterantriebsmechanismus beschreibt.
In einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele
wird ein Auswahlschalter verwendet, um ein Schaltfeld entweder mit
einem Netzsystem oder mit Erde zu verbinden.
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Im
Falle einer Drei-Phasen-Schalterinstallation sind Schalter dieser
Bauart aus drei Polen zusammengesetzt, die jeweils eine Phase der
Installation in dem Stromkreis einschalten können oder unterbrechen können. In
diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass alle drei Pole gleichzeitig
an- und ausgeschaltet werden, so dass sie synchron als ein einziger
Schalter arbeiten. Dies wird im Allgemeinen erreicht durch Koppelung
der Hebel, die die getrennten Pole über eine Antriebswelle betätigen. Es
gibt auch Bemühungen,
die Abmessungen der Schalterinstallation im maximal möglichen
Ausmaß zu
begrenzen, um eine kompakte Installation zu erhalten, die einfacher
in einem begrenzten Raum einzubauen ist.
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Zusätzlich müssen Antriebsmechanismen dieser
Bauart ausreichend Energie bekommen können, um fähig zu sein, die erforderlichen
Einschalt- und Ausschaltgeschwindigkeiten für die Hauptkontakte aufzubringen,
was bedeutet, dass beträchtliche Kräfte in dem
Mechanismus auftreten. Um eine ausreichende Kontaktkraft sicherzustellen,
sind beträchtliche
Kräfte
erforderlich und müssen
von dem Mechanismus aufgenommen werden.
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Weiterhin
ist herausgefunden worden, dass die Fehler, die in der Praxis bei
Schalterinstallationen auftreten, in signifikantem Maße Defekten
im Antriebsmechanismus zuzuordnen sind. Um die Zuverlässigkeit
zu verbessern und die Notwendigkeit einer Instandhaltung zu verringern,
wird allgemein versucht, den Antriebsmechanismus so einfach wie möglich zu
machen, und zwar mit einer minimal möglichen Anzahl von Komponenten.
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Schließlich ist
auch herausgefunden worden, dass Fehler beim Betrieb der Schalterinstallationen in
signifikantem Ausmaß dem
Antriebsmechanismus zuzuordnen sind, und insbesondere dadurch verursacht
werden, dass der Mechanismus durch die Umgebung beeinflusst wird,
beispielsweise durch Korrosion und Verunreinigung durch Staub von
den Schmiermitteln und durch dessen Trocknung.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, einen Antriebsmechanismus vorzusehen,
der mit den oben erwähnten
Bedingungen fertig wird, die auf einen Antriebsmechanismus aufgebracht
werden, insbesondere bezüglich
der kompakten Ausführung
der gesamten Schalterinstallation, und wobei weiter eine Vereinfachung
und eine weitere Verringerung der Anzahl von Komponenten im Vergleich
zu bekannten Antriebsmechanismen erreicht wird.
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Zu
diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung einen Antriebsmechanismus
nach Anspruch 1 vor. Die Konstruktion, die den Umschaltstreifen
verwendet, macht es möglich,
eine hohe Druckkraft oder Zugkraft mit einer relativ niedrigen Koppelung
am Ende einer Drehbewegung der Trennelementantriebswelle auszuüben.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann die Trennelementantriebswelle weiter in eine dritte Position
gedreht werden, in der jeder von einer Vielzahl von Trennelementen
eine elektrische Verbindung zwischen dem Pol des Schaltelementes
und einem Erdungskontakt bildet, und zwar in einer Erdungsposition,
die der dritten Position entspricht. Dies macht es möglich, Teile
der Schalterinstallation zu erden, falls nötig. Es ist für die Netzposition
und für die
Erdungsposition vorzuziehen, die extremen Positionen der Antriebswelle
zu formen, wobei die Bremsposition dazwischen ist.
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Die
Verbindung zwischen den Trennelementen und den Polen der Schaltelemente
haben sowohl eine elektrische Leitungsfunktion als auch eine mechanische
Funktion. Während
beispielsweise eine gut elektrisch leitende Verbindung aufrecht
erhalten wird, sollte auch eine geradlinige Auf-Ab-Bewegung der Schaltelemente
und einer Drehbewegung der Trennelemente um die Verbindung möglich sein.
In Situationen dieser Art ist es üblich, das zu verwenden, was
als Litzendrahtverbindung bekannt ist. Jedoch sind diese relativ
teuer, erfordern zusätzliche Montagearbeiten
und nehmen mehr Raum ein. Daher wird gemäß der Erfindung eine Gleitverbindung verwendet,
in der der Schwenkpunkt integriert ist, um den die Trennelemente
sich drehen.
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In
einem vorteilhaften weiteren Ausführungsbeispiel ist die Verbindung
zwischen dem radial vorstehenden Streifen und dem Umschaltstreifen
mit einer Zugfeder verbunden, die die Verbindung zu einem Anschlag
hin zieht. Dies macht es möglich,
zwei stabile Zustände
zu definieren (vorzugsweise die Netzposition und die Erdungsposition).
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
bewegen sich die Trennelemente in einer Bewegungsebene, die senkrecht
zur ersten Richtung ist, so dass eine kompakte und betriebsmäßig zuverlässige Struktur
möglich
wird.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
weist der Antriebsmechanismus auch ein Frontmodul mit einem Stoppknopf
auf, um den Auslösemechanismus
zu betätigen,
mit einer ersten Öffnung
zum Antrieb der Welle, mit einer zweiten Öffnung zum Antrieb der Trennelementantriebswelle
und ein Auswahlglied mit drei Positionen, wobei das Auswahlglied
ausgelegt ist, die erste Öffnung
in einer ersten Position zu öffnen,
um die ersten und zweiten Öffnungen
in einer zweiten Position zu blockieren, und die zweite Öffnung in
einer dritten Position zu öffnen. Dies
macht es möglich,
eine vorbestimmte Betriebssequenz festzulegen, die Vorteile auf
dem Gebiet der Sicherheit und der einfachen Anwendung bietet.
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In
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird
der Antriebsmechanismus in einem klimatisierten bzw. abgeschlossenen
Raum aufgenommen. Dies bedeutet, dass weniger Verunreinigung auftreten
kann, die Fehler durch Korrosion oder andere Mechanismen verursacht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren
zum Betrieb einer Schalterinstallation, die mit einem Antriebsmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgerüstet
ist, wobei die Schalterinstallation einen ersten Betriebszustand
hat, in dem jeweils die Vielzahl von Schaltelementen ausgeschaltet
ist, und wobei jeder der Vielzahl von Trennelementen in der ersten
Position ist, und einem zweiten Betriebszustand, in dem jedes der
Vielzahl von Schaltelementen ausgeschaltet ist und jeder der Vielzahl
von Trennelementen in der dritten Position ist, und einem dritten
Betriebszustand, in dem jedes der Vielzahl von Schaltelementen eingeschaltet
ist, und wobei jeder der Vielzahl von Trennelementen in der ersten Position
ist. In jedem der Betriebszustände
ist das Auswahlglied in der Position 2 ist und die Schalterinstallation
wechselt vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand,
in dem das Auswahlglied in der Position 3 angeordnet wird, wobei
die Trennelementantriebswelle in den Erdungszustand gedreht wird,
und wobei das Auswahlglied in die Position 2 zurückgestellt wird; die Schalterinstallation wird
vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand als eine
Folge dessen umgeschaltet, dass das Auswahlglied in der Position
3 angeordnet wird, wobei die Trennelementantriebswelle in die Netz-
bzw. Schienenposition gedreht wird und das Aus wahlglied zur Position
2 zurückgestellt
wird; die Schalterinstallation wird aus dem ersten Betriebszustand
in den dritten Betriebszustand als eine Folge dessen umgeschaltet,
dass das Auswahlglied in der Position 1 angeordnet wird, wobei die
Welle in die Einschaltposition der Vielzahl von Schaltelementen gedreht
wird, und wobei das Auswahlglied in die Position 2 zurückgestellt
wird; und die Schalterinstallation wird von dem dritten Betriebszustand
in den ersten Betriebszustand durch die Betätigung des Aus-Knopfes umgeschaltet.
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Das
Definieren von nur vier Transaktionen zwischen den drei Betriebszuständen gestattet
einen eindeutigen zuverlässigen
und sicheren Betrieb der Schalterinstallation mit dem Antriebsmechanismus. Jeder Übergang
zieht zumindest eine Veränderung des
Zustandes von irgendeinem der Schaltelemente oder der Trennelemente
mit sich.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann der Antriebsmechanismus weiter in
einer Anzahl von Haltezuständen
sein, wobei das Auswahlglied in der ersten Position ist. Beispielsweise
ist es möglich,
in der zweiten oder dritten Position des Auswahlgliedes den Zugang
zum Raum zu verriegeln, in dem die Schalterinstallation gelegen
ist, oder zu einem Teil davon, wie beispielsweise zum Kabelverbindungsabteil.
Dies steigert die Sicherheit der Schalterinstallation auch während der Instandhaltung.
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Die
vorliegende Erfindung wird unten auf der Grundlage einer Anzahl
von beispielhaften Ausführungsbeispielen
mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt, in denen die Figuren folgendes
darstellen:
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1a und 1b zeigen
eine vereinfachte Veranschaulichung eines Antriebsmechanismus in verschiedenen
Betriebszuständen;
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2a-c
zeigen eine vereinfachte Veranschaulichung eines Auslösemechanismus;
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3a-d
zeigen eine vereinfachte Veranschaulichung eine Alternative zum
Auslösemechanismus,
der in den 2a-c gezeigt wurde;
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4a bzw. 4b zeigen
eine Seitenansicht und eine Frontansicht des Antriebsmechanismus
für die
Trennelemente gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5a und 5b zeigen
eine vergrößerte Ansicht
von Abschnitten Va und Vb aus den 4a und 4b;
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6 zeigt
eine Ansicht eines Antriebsmechanismus gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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7a und 7b zeigen
in zwei Teilen ein Flussdiagramm für den Betrieb einer Schalterinstallation
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1a zeigt
eine vereinfachte diagrammartige Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des
Antriebsmechanismus 1. Der Unterteil der Abbildung zeigt
drei Schaltelemente in Form eines Vakuumschaltungsunterbrechers 35 mit
jeweiligen festen Kontakten 21, 21', 21'' und
bewegbaren Kontakten 20, 20', 20'',
die durch jeweilige Vakuumröhren 19, 19' und 19'' umgeben sind. Die bewegbaren Kontakte 20 sind
fest mit jeweiligen Isolatorstangen 18, 18', 18'' verbunden. Die Isolatorstangen 18 sind
mit dem Antriebsmechanismus 1 über eine Verbindung 17, 17', 17'' verbunden, beispielsweise mit
einer Klemmverbindung. In dem in 1a gezeigten
Zustand sind die Vakuumschaltungsunterbrecher 35 in der
offenen Position (AUS).
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Der
Antriebsmechanismus 1 weist Energiespeichermittel in Form
einer Verschlussfeder 6 auf, die an einer Seite an einem
festen Schwenkpunkt 7 befestigt ist und an der anderen
Seite an einem exzentrisch gelegenen Sicherungspunkt 9 eines
exzentrischen Elementes 8 gesichert ist, welches drehbar an
einem festen Drehpunkt 10 gesichert ist. Das exzentrische
Element 8 kann über
die Welle 31 angetrieben werden und kann unter Verwendung
eines Motors oder von Hand bewegt werden. In der gezeigten Position
ist die Verschlussfeder 6 in einer Ruheposition, in der
die Verschlussfeder 6 an ihrer am wenigsten gespannten
Position ist.
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An
seinem Umfang ist das exzentrische Element 8 mit einer
Nocke 11 ver sehen, die mit einer Nockenrolle 12 in
Gegenwirkung tritt. Die Nockenrolle 12 ist mit ersten Transfermitteln
verbunden, die eine dritte Stange 2 aufweisen, die im Wesentlichen
in eine erste Richtung bewegt werden kann, die in der Zeichnung
horizontal ist. Dies wird dadurch verursacht, dass die dritte Stange 2 drehbar
an ihren Enden 23, 23' mit einem Ende einer ersten Stange 3 bzw.
einer zweiten Stange 3' verbunden
ist, wobei die erste Stange 3 und die zweite Stange 3' die gleiche Länge haben
und an ihren anderen Enden mit einem festen Schwenkpunkt 5 bzw. 5' verbunden sind.
Die ersten Transfermittel 12, 2, 3, 3' können sich
in einer horizontalen Richtung zwischen einer ersten Position (in 1a gezeigt)
und einer zweiten Positionen bewegen (in 1b gezeigt),
die von einem ersten Anschlag 24 bzw. einem zweiten Anschlag 25 definiert werden,
denen die Verbindung 23 zwischen der ersten Stange 3 und
der dritten Stange 2 trifft. Die Anschläge 24' und 25' dieser Bauart sind auch für die Verbindung 23' zwischen der
zweiten Stange 3' und der
dritten Stange 2 vorhanden.
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Der
Antriebsmechanismus 1 weist auch zweite Transfermittel
auf, die sich im Wesentlichen in einer zweiten Richtung bewegen
können,
die in der Zeichnung vertikal ist. Die zweiten Transfermittel weisen
eine sechste Stange 13 auf, mit der eine Schaltbrücke 14 verbunden
ist, wobei diese zusammen, eine Verbindung bilden, die sich auf
und ab bewegen kann. Die Einschränkung
bei der Bewegung wird durch die Tatsache mit sich gebracht, dass
eine weitere Stange 29 an einer Seite mit der sechsten
Stange 13 und an der anderen Seite mit einem festen Schwenkpunkt 30 im
wesentlichen auf der gleichen Höhe
verbunden ist. Weiterhin wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
die Bewegung durch die Tatsache eingeschränkt, dass zwei Verbindungsstangen 4, 4' vorhanden sind,
die starr die ersten und zweiten Transfermittel miteinander verbinden.
Auf einer Seite ist eine vierte Stange 4 mit einem Ende
der sechsten Stange 13 verbunden, während auf der anderen Seite
diese mit dem Verbindungspunkt 23 zwischen den ersten und
dritten Stangen 3 bzw. 2 verbunden ist. Auf einer
Seite ist eine fünfte
Stange 4' mit
dem anderen Ende der sechsten Stange 13 verbunden, und auf
der anderen Seite ist sie mit dem Verbindungspunkt 23' zwischen den
zweiten und dritten Stangen 3' bzw. 2' verbunden.
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An
der Unterseite ist die Schaltbrücke 14 mit jeweiligen
vorgespannten Kontaktdruckfedern 15, 15', 15'' versehen, die mit jeweiligen Hammerblöcken oder
Ambossen 16, 16', 16'' in Gegenwirkung treten, die mit
den Klemmenverbindungen 17, 17', 17'' verbunden
sind, um schließlich
die bewegbaren Kontakte 20, 20', 20'' zu
bewegen. Weiterhin weist der Antriebsmechanismus 1 in dem
gezeigten Ausführungsbeispiel
zwei Kompensationsfedern 28, 28' auf, die an der Schaltbrücke 14 angebracht
sind. Die Schaltbrücke 14 kann
ein integriertes Modul zusammen mit der sechsten Stange 13,
mit den Kontaktdruckfedern 15, 15', 15'' und
den Kompensationsfedern 28, 28' bilden.
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Weiterhin
ist eine Fangfeder 26 drehbar an der dritten Stange 2 und
in der Position befestigt, die in 1a gezeigt
ist, sie ist hinter einem Anschlag 27 fest gehakt und verhindert,
dass die dritte Stange 2 sich nach rechts bewegt.
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Die
Zeichnung zeigt, dass die Struktur der Schalterinstallation als
modular angesehen werden kann: die Schaltelemente der Vakuumschaltungsunterbrecher 35 sind über Klemmverbindungen 17 mit der
integrierten Schaltbrücke 36 (Brücke 14,
Kompensationsfedern 28, 28', Kontaktdruckfedern 15, 15', 15'', Hammerblöcken oder Ambossen 16, 16', 16'') verbunden, die wiederum mit dem
Antriebsmechanismus 37 verbunden ist. Auf diese Weise ist
es auch einfach, dass dieser Antriebsmechanismus 37 in
einem abgeschlossenen bzw. klimatisierten Raum aufgenommen ist,
der gut von der Umgebung abgedichtet ist, so dass der Mechanismus
weniger anfällig für Fehler
sein wird, die durch Umwelteinflüsse
verursacht werden, wie beispielsweise Verunreinigung oder Korrosion.
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Der
Betrieb des Antriebsmechanismus 1 wird im folgenden Text
beschrieben. Wie oben erwähnt
worden ist, zeigt 1a die Aus-Position, die einen
ersten stabilen Zustand des Antriebsmechanismus darstellt. Die Verschlussfeder 6 ist
an ihrem unteren Totpunkt gelegen. Die erste Betriebsphase ist die
Energiespeicherphase, in der die Verschlussfeder 6 durch
die Welle 31 gespannt wird, die in 1a um
180° gedreht
wird, so dass die Verschlussfeder 6 sich zu ihrem oberen
Totpunkt bewegt, wo die maximale Energiespeicherung erreicht wird.
Während dieser
Energiespeicherphase wird die Welle 31 von Hand oder durch
einen Motor angetrieben, wobei die Welle 31 und der Handantrieb
oder Motorantrieb nur in der Antriebsrichtung gekoppelt sind. Die
Energiespeicherphase tritt während
einer Drehung der Welle 31 von mindestens 180° und maximal
beispielsweise 190° auf.
Da die maximale Menge an Energie, die in der Verschlussfeder gespeichert
ist, wieder nach einer Drehung von 180° abnimmt, ist die maximale Drehung
in der Energiespeicherphase unter anderem abhängig von der Frage, ob die
maximale Energiemenge, die in der Verschlussfeder 6 gespeichert ist,
verfügbarer
gemacht werden muss oder nicht. Zusätzlich ist der Übergang
zur nächsten
Phase klarer definiert, wenn diese maximale Drehung weiter über dem
Totpunkt von 180° hinaus
ist.
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Die
folgende Phase im Betrieb ist die Energieabgabephase, in der die
Energie, die in der Verschlussfeder 6 gespeichert worden
ist, abgegeben wird, sobald die Verschlussfeder 6 über ihren
oberen Totpunkt hinausläuft,
d. h. zumindest nach einer Drehung von 180° der Welle 31. Während dieser
Energieabgabephase wird die Welle 31 durch die Energie angetrieben,
die abgegeben wird, und wird sich weiter zusammen mit dem exzentrischen
Element 8 drehen, welches damit und mit der Nocke 11 verbunden ist.
Was die Form der Nocke 11 des exzentrischen Elementes 8 und
die Position der Fangfeder 26 betrifft, wird die Nocke 11 zuerst
die Fangfeder 26 aus ihrem Anschlag 27 drücken, so
dass die dritte Stange 2 sich frei nach rechts bewegen
kann. Die Kraft der Verschlussfeder 6, die auf das exzentrische
Element 8 wirkt, und die Form der Nocke 11 bewirken
dann, dass die Nockenrolle 12 nach rechts gedrückt wird, so
dass die Anordnung, die die ersten und zweiten Transfermittel und
Verbindungsstangen 4, 4' aufweist, in Bewegung gesetzt
wird, bis die ersten Transfermittel die zweite Position erreichen,
die durch die Position des Anschlags 25 oder 25' definiert wird.
Offensichtlich gibt es auch andere mögliche Wege, um eine Verriegelung
und eine darauf folgende Entriegelung der Bewegung der ersten Transfermittel
zu bewirken.
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Während der
Bewegung zur zweiten Position hin werden die zweiten Transfermittel,
die die sechste Stange 13 und die Schaltbrücke 14 aufweisen, nach
unten bewegt. Die abwärts
gerichtete Bewegung wird fortgesetzt, bis die Kontakte 20, 21 der Schaltelemente
in den Vakuumröhren 19 geschlossen
sind. Dann bewegt sich die sechste Stange 13 geringfügig nach
unten (ungefähr
3 mm), mit dem Ergebnis, dass die jeweiligen Hammerblöcke oder
Ambosse 16 sich geringfügig
nach oben bewegen und die Kontaktdruckfedern 15 unter noch
größere Spannung
setzen. In der zweiten Position wird daher ein ausreichend großer Kontaktdruck
zwischen den Kontakten 20, 21 erzeugt. Auch werden
die Kompensationsfedern 28, 28' weiter durch die Abwärtsbewegung der
sechsten Stange 13 zusammen gedrückt.
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Die
An-Position des Antriebsmechanismus 1, die nun erreicht
worden ist, ist in 1b gezeigt, und stellt daher
die zweite stabile Position des Antriebsmechanismus dar. Die korrekte
Auswahl der Abmessungen und Positionen der verschiedenen Komponenten
macht es möglich,
sicherzustellen, dass die erste Stange 3 und der vertikale
Teil der Schaltbrücke 14 (oder
die zweite Stange 3' und
der vertikale Teil der Schaltbrücke 14)
einen sehr kleinen Winkel zueinander bilden. Dies macht es möglich, insbesondere
in der letzten Phase der Bewegung von der Aus-Position in die An-Position,
eine Starke nach unten gerichtete Kraft auszuüben, um sie unter Verwendung
einer verhältnismäßig sehr
kleinen Kraft zu verriegeln. Die Verriegelung in dieser zweiten
stabilen Position des Antriebsmechanismus wird durch blockieren
der Nockenrollen 12 mit der Nocke 11 gegen eine
Bewegung zurück
in die erste Position erreicht, d. h. weg vom Anschlag 25 oder 25'. Die Nocke 11 wird
wiederum so blockiert, dass sie sich nicht weiter drehen kann, und
zwar durch einen Auslösemechanismus,
wie er beispielsweise unten genauer beschrieben wird.
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Wie
gezeigt, ist die Verschlussfeder 6 ungefähr 15° vor ihrem
unteren Totpunkt in dieser verriegelten An-Position. Die niedrige
Kraft auf der Verriegelung vor dieser unteren Totpunktposition und
die Art und Weise, in der die Verriegelung eingerichtet wird, machen
es möglich,
die restliche Energie zu verwenden, die in der Verschlussfeder 6 gespeichert ist,
um das exzentrische Element und die damit verbundene Nocke 11 unter
der Nockenrolle 12 weiter zu bewegen, wodurch die Blockierungswirkung
eliminiert wird.
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Um
den Antriebsmechanismus zurück
aus der An-Position in die Aus-Position
zu bewegen, d. h. aus der zweiten stabilen Position in die erste
stabile Position des Antriebsmechanismus, ist es daher nötig, die
Blockierung zu eliminieren, die verhindert, dass die Nocke 11 sich
dreht. Das Eliminieren der Blockierung gestattet, dass das exzentrische
Element 8 sich weiterdreht und die Nocke 11 sich
weiter unter der Nockenrolle 12 bewegt, und zwar mit dem Ergebnis,
dass unter anderem als Ergebnis der in den Kompensationsfedern 28, 28' gespeicherten
Energie die zweiten Transfermittel sich nach oben bewegen werden
und bei diesem Vorgang die ersten Transfermittel mit der damit verbundenen
Nockenrolle 12 zwingen, sich nach links in Richtung des
Anschlages 24, 24' zu
bewegen. Während
dieser Bewegung des Antriebsmechanismus wird auch die Energie in
den drei Kontaktdruckfedern 15 freigegeben. Jedoch beginnen
die Isolationsstangen 18 nur, sich zu bewegen, wenn die
Hammerblöcke
oder Ambosse 16 auch mitgezogen werden. Dies hat daher
eine plötzliche
synchrone Bewegung mit hoher Energie zur Folge, und zwar mit dem
Ergebnis, dass die Kontakte 20, 21 voneinander
weggezogen werden, auch wenn sie aneinander kleben, beispielsweise
durch einen auftretenden Kurzschlussstrom.
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Der
Antriebsmechanismus 1 bewegt sich weiter, bis die erste
Position der dritten Stange 2 wieder erreicht wurde (an
den Anschlägen 24, 24'). Im letzten
Abschnitt der Bewegung der dritten Stange 2 nach links
verriegelt die Fangfeder 26 wieder hinter ihrem Anschlag 27,
was somit eine unnötige
wiederholte Bewegung der Kontakte der Vakuumschaltungsunterbrecher 35 zueinander
hin und weg voneinander (Umspringen) verhindert. Als eine Folge
der Kraft, die von den Kompensationsfedern 28, 28' ausgeübt wird,
wird der Antriebsmechanismus in dieser stabilen ersten Position
bleiben.
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Die
Antriebswelle 31 dreht sich während den Bewegungszyklen des
An triebsmechanismus aus der ersten stabilen Position über die
zweite stabile Position zurück
in die erste stabile Position über 360°, wobei die
Antriebswelle 31 während
einer Energiespeicherphase zumindest über die ersten 180° getrieben
wird, um Energie an die Energiespeichermittel zu liefern, wobei
danach diese Energie während
einer Energieabgabephase, die Folgenden 165° bzw. die Letzten 15° abdeckt,
abgegeben wird, um den Antriebsmechanismus über die Antriebswelle 31 in
die zweite oder erste stabile Position zu bewegen.
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2a-c
zeigt eine vereinfachte Veranschaulichung eines Beispiels eines
Auslösemechanismus
zur Freigabe der Bewegung des Antriebsmechanismus 1 in
der Aus-Position. 2a zeigt, dass ein weiteres
exzentrisches Element 51 an der gleichen Welle 31 des
exzentrischen Elementes 8 des Antriebsmechanismus 1 angebracht
ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das weitere exzentrische Element mit einer Fangklaue 57 an
einer geeigneten Position an seinem Umfang versehen. Offensichtlich
kann die Fangklaue ein integrales Teil des weiteren exzentrischen
Elementes 51 bilden, oder alternativ kann die Fangklaue 57 auch
direkt an der Welle 31 gesichert sein. In dem in 2a gezeigten Zustand
wird verhindert, dass die Fangklaue 57 sich nach rechts
dreht, und zwar durch einen Haken 58, der ein Teil eines
ersten Hebels 50 ist. Der erste Hebel 50 dreht
sich um einen ersten Schwenkpunkt 52 und wird durch die
Rückstell-
oder Reset-Feder 55 nach unten gezogen, die an einer Seite
an einem festen Schwenkpunkt 56 befestigt ist und einer
anderen Seite an dem ersten Hebel 50 befestigt ist. Als
eine Alternative kann die Rückstellfeder 55 weggelassen werden,
da die Schwerkraft auch bewirken wird, dass der erste Hebel 50 zurück in die
Anfangsposition fällt. Ein
zweiter Hebel 54 dreht sich um einen zweiten Schwenkpunkt 53 und
trägt den
ersten Hebel 50 am Punkt 59.
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Zu
Zwecken der Auslösung
wird der zweite Hebel 54 nach rechts gedreht, beispielsweise
durch einen Druckknopf und ein geeignetes System von Hebeln. Bei
dem Vorgang wird der erste Hebel 50 auch weiter gezogen
und nach links gedreht, mit dem Ergebnis, dass der Haken 58 von
der Fangklaue 57 gleitet und das exzentrische Element 8 beginnt,
sich nach rechts zu drehen (als eine Folge der Zugkraft der Verschlussfeder 6, 1a),
und zwar zur Aus-Position (2b). Wenn
der Druckknopf losgelassen wird, kehren die ersten und zweiten Hebel 50, 54 in
ihre ursprünglichen
Positionen zurück
(2c).
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Die 3a-d
zeigen vereinfachte Zeichnungen einer Alternative zum Auslösemechanismus
mit der Möglichkeit
eines elektrischen Betriebs. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel,
welches in 2 gezeigt ist, sind in
diesem Fall der zweite Hebel 54 und der assoziierte Schwenkpunkt 53 weggelassen worden.
Anderenfalls werden Komponenten mit der gleichen Funktion in den 3a-d
mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in 2a-c.
Es wird dem Fachmann klar sein, dass die zwei Ausführungsbeispiele
auch kombiniert werden können,
so dass eine elektrische und mechanische Betätigung des Auslösemechanismus
möglich
ist.
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Wie
in 3a gezeigt, weist der Auslösemechanismus ein Haltemagnetsystem
auf, welches eine Halteplatte 60 aufweist, die in der Ruheposition
durch ein Magnetjoch 63 angezogen wird. Die Haltewirkung des
Magnetjochs kann durch eine Spule 62 eliminiert werden.
Eine Welle 64, die an dem ersten Hebel 50 anliegt,
ist an der Halteplatte 60 befestigt. Als eine Folge einer
Auslösefeder 61,
die zwischen einem Gehäuse,
welches die Halteplatte 60 umgibt, und dem Joch 63 gelegen
ist, und der Welle 64 wird es eine Kraft geben, die versucht,
die Halteplatte 60 und die Welle 64 nach oben
zu drücken,
was auftritt, wenn ein Strom, der die Haltewirkung eliminiert, durch
die Spule 62 geleitet wird (3b). Als
eine Folge wird der erste Hebel 50 nach links gedreht,
und der Haken 58 wird die Fangklaue 67 freigeben.
Ein elektrischer Energieimpuls, beispielsweise 50 mJ, reicht aus,
um eine Haltekraft zu eliminieren, die dreimal so groß ist wie
die übliche
Auslösefederkraft,
und zwar mit dem Ergebnis, dass der erste Hebel 50 sich
drehen wird. Offensichtlich dreht die Wirkung des Antriebsmechanismus 1 (siehe
oben) das weitere exzentrische Element 51 ungefähr um 15° weiter (3c).
Wenn der Antriebsmechanismus 1 dann durch die Welle 31 gespannt
wird, die wei ter nach rechts gedreht wird, wird ein nach oben weisender
Abschnitt des ersten Hebels 50 nach unten wegen der Form
des weiteren exzentrischen Elementes 51 gedrückt. Als
eine Folge wird der erste Hebel 50 weiter nach rechts gedreht, und
die Welle 64 und die Halteplatte 60 werden nach unten
gedrückt,
bis die Halteplatte wieder am Platz durch das Joch 63 gehalten
wird. Die Haltekraft des Haltemagnetsystems ist vorzugsweise ausreichend groß, um beträchtlichen
Stoßbewegungen
in der ungünstigsten
Richtung zu widerstehen (beispielsweise > 2500 m/s2), wobei
somit ein nicht wünschenswerter Effekt
verhindert wird.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel des
elektrisch betätigten
Verriegelungsmechanismus, das in den 3a-d gezeigt
ist, wird ein aktives Magnetsystem mit einer Spule und einem Anker
verwendet, anders als das passive Magnetsystem mit einer Spule,
einem Anker einem Permanentmagneten und einer Halteplatte. Die erforderlichen
Bewegungen werden in diesem Fall durch die Erregung der Spule im
richtigen Moment ausgeführt,
um den ersten Hebel 51 aus seiner Ruheposition zu bewegen.
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Im
Allgemeinen weist eine Schalterinstallation, wie sie oben beschrieben
wird, für
jede Phase ein Trennelement auf, das ermöglicht, dass Teile der Schalterinstallation
voneinander getrennt werden und/oder geerdet werden. Der Betätigungsmechanismus 70 der
Trennelemente 73 kann ein Teil des Antriebsmechanismus 1 bilden
oder damit integriert sein, wie oben beschrieben. Jedoch kann der
Betätigungsmechanismus 70 auch
als unabhängige
allein stehende Einheit angesehen werden.
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4a zeigt
eine diagrammartige Seitenansicht eines Querschnitts einer Schalterinstallation. Die
Schalterinstallation weist mindestens ein Schaltelement auf, wie
beispielsweise einem Vakuumschaltungsunterbrecher 35, ein
Trennelement 73, das mit dem Schaltungsunterbrecher 35 auf
einer Seite verbunden ist, einen Schienen- bzw. Netzkontakt 71 und einen
Erdungskontakt 72. Das Trennelement 73 kann elektrisch
den beweglichen Kontakt des Vakuumschaltungsunterbrechers 35 mit
dem Netzkontakt verbinden (erste Position), kann keine Verbindung herstellen
(zweite Position) oder kann ihn mit dem Erdungskontakt 72 verbinden
(dritte Position). Bei Drei-Phasen-Installationen sind diese Komponenten in
dreifacher Form für
jede Funktionseinheit vorhanden. Dies ist in der diagrammartigen
Frontansicht gezeigt, die in 4b dargestellt
ist.
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Die
Antriebsstange 18 des Vakuumschaltungsunterbrechers 35 wird
durch den Antriebsmechanismus 1 oben links in 4a angetrieben.
In einem Ausführungsbeispiel
ist das Trennelement 73 elektrisch mit dem bewegbaren Kontakt
des Schaltungsunterbrechers 35 durch einen Gleitkontakt
verbunden, so dass der bewegbare Kontakt des Schalters sich bewegen
kann, ohne dass sich eine Seite des Trennelementes 73 bewegt.
Im Fall des Vakuumschaltungsunterbrechers 35 ist das Trennelement 73 durch
einen Schwenkpunkt 74 befestigt, und an einer Position,
die weiter in der Nähe
des anderen Endes gelegen ist, ist es mit einer isolierenden Trennelementantriebsstange 76 über einen
Schwenkpunkt 75 verbunden. Als eine Folge dessen, dass
die Trennelementantriebsstange 76 im Wesentlichen vertikal bewegt
wird, wird das Trennelement 73 zwischen dem Netz- bzw.
Schienenkontakt 71 und dem Erdungskontakt 72 durch
Drehung um den Schwenkpunkt 74 bewegt. Das Trennelement 73 kann
wie bei irgend einem bekannten Beispiel ausgelegt sein, welches
in der Praxis in Verwendung ist. Es ist vorzuziehen, dass das Trennelement
aus zwei identischen Hälften
gemacht ist, die parallel zueinander laufen, und an einem Ende den
Gleitkontakt umgeben und am anderen Ende den Netz- oder Erdungskontakt umgeben,
wobei der Schwenkpunkt 74 mit dem Gleitkontakt integriert
ist. Dies gestattet eine kompakte, einfache und kostengünstiger
Struktur.
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Wie
in 4b gezeigt, ist jede der Trennelementantriebsstangen 76 mit
einer Trennelementstange 82 durch eine Schwenkverbindung 86 verbunden.
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Die
Wirkung des Betätigungsmechanismus 70 wird
klarer durch Bezugnahme auf 5a, die eine
vergrößerte Ansicht
des Schnittes Va in 4a zeigt. Eine Trennelementantriebswelle 77 wird
zum Zweck der Betätigung des
Trennelementes 73 gedreht. Ein Streifen 78, der
sich radial von der Trennelementantriebswelle 77 erstreckt,
ist im rechten Winkel am Ende der Trennelementantriebswelle 77 befestigt.
Ein Schwenkstift 79, an dem ein Umschalter- bzw. Kippstreifen 80 geschwenkt
wird, ist am anderen Ende des Streifens 78 befestigt. Der
Kippstreifen 80 kann sich in einer Ebene bewegen, die im
Wesentlichen senkrecht zur Trennelementantriebswelle 77 ist.
Das andere Ende des Kippstreifens 80 wird wiederum an der
Trennelementstange 82 durch einen Schwenkstift 81 befestigt.
Die Trennelementstange 82 ist beispielsweise mit Hilfe
von zwei Führungsstiften
ausgelegt, um eine im Wesentlichen lineare Bewegung auszuführen, beispielsweise
in der vertikalen Richtung in der Zeichnung, und diese Bewegung wird
auf die isolierenden Trennelementantriebsstangen 76 übertragen.
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5b zeigt
genauso einen Querschnitt des Trennelementmechanismus, der genauer
den Schnitt Vb in 4b zeigt. Der Schwenkstift 79 wird
konstant durch eine Zugfeder 84 nach rechts gezogen (siehe auch 4b)
was zwei Ruhepositionen zur Folge hat. Wenn die Trennelementantriebswelle 77 nach links
gedreht wird, wie in der Zeichnung zu sehen, wird der weitere Schwenkstift 81 (und
daher die Trennelementstange 82) schließlich in der untersten Position
gelegen sein, wobei der Schwenkstift 79 zu einem Anschlag 83 durch
die Zugfeder 84 gezogen wird. Das ist dann aus 4a zu
sehen, dass das Trennelement dann in der Netzposition ist. Wenn
die Trennelementantriebswelle 77 nach rechts gedreht wird,
wird die Trennelementstange 82 schließlich in der oberen Position
gelegen sein, in der das Trennelement 73 mit dem Erdungskontakt 72 verbunden
ist (Erdungsposition) und wobei der Schwenkstift 79 wiederum
zum Anschlag 83 gezogen wird. In einer Zwischenposition
ist das Ende des Trennelementes 73 nicht in Kontakt mit
dem Netzkontakt 71 oder mit dem Erdungskontakt 72 (Unterbrechungsposition). Was
die Auslegung des Umschaltstreifens 80 betrifft, ist es
möglich,
eine hohe Druckkraft oder Zugkraft am Ende der Bewegung mit einem
relativ niedrigen Drehmoment der Trennelementantriebswelle 77 zu erhalten.
Als eine Folge dessen, dass der Anschlag 83 auf der rechten
Seite der Verbindungslinie zwischen der Antriebswelle 77 und
dem weiteren Schwenkstift 81 positioniert ist, ist es möglich, die
Erdungsposition oder den Netzpositionszustand zu verriegeln.
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6 zeigt
eine Ansicht des kombinierten Antriebsmechanismus gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Manche Komponenten sind zum Zweck der
Verdeutlichung weggelassen worden. Ein vorderes Modul 95,
welches die Betriebsseite der Schalterinstallation mit dem Antriebsmechanismus 1 verbindet,
ist an der Vorderseite der Schalterinstallation positioniert (an
der Unterseite in 6). Die Betriebsseite weist
einen Aus-Knopf 91 auf, der den Auslösemechanismus 90 über eine
Ausschaltwelle 96 betätigt,
um die Schaltelemente der Schalterinstallation auszuschalten. Weiterhin
weist die Vorderseite eine erste Öffnung 92 auf, in
die ein Schlüssel
eingesetzt werden kann, und zwar zum Zwecke der Betätigung des
Antriebsmechanismus 1 und das Auslöser/Verriegelungsmechanismus 90 über die
Welle 31. Es gibt eine zweite Öffnung 93, um zu ermöglichen,
dass der Trennelementmechanismus 70 unter Verwendung einer
Taste über
die Trennelementantriebswelle 77 betätigt wird.
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Um
den Mechanismus vor Verunreinigungen und Korrosion zu schützen, kann
er in einem geschützten
bzw. klimatisierten Raum aufgenommen sein. Die Welle 31 und
die Trennelementantriebswelle 77 werden dann über abgedichtete
Durchlässe 85 in
diesen geschützten
Raum geleitet, in dem der tatsächliche
Trennelementantrieb 70 und der Antriebsmechanismus 1 gelegen
sind. Weiterhin ist eine Auswahlvorrichtung 94, die die
erste Öffnung 92 in
einer ersten Position öffnet,
beide Öffnungen 92, 93 in
einer zweiten Position schließt
und die zweite Öffnung 92 in
einer dritten Position öffnet,
zwischen den ersten und zweiten Öffnungen 92, 93 gelegen.
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Die
Orientierung der verschiedenen Komponenten, die ausgewählt und
mit Bezug auf die Figuren beschrieben worden ist, erzeugt einen
Antriebsmechanismus, der von außerordentlich
kompakter Konstruktion ist, und trotzdem ausreichend schnell und
kraftvoll ist.
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Wie
oben beschrieben, kann der Antriebsmechanismus von Hand betätigt werden.
Es ist jedoch auch möglich,
geeignete Betätigungsvorrichtungen
und/oder Motoren zu verwenden, um den Antriebsmechanismus aus der
Ferne durch elektrische Mittel und optional automatisch zu betätigen.
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Der
Betrieb der Schalterinstallation gemäß der vorliegenden Erfindung
wird nun mit Bezug auf das Flussdiagramm erklärt, welches in den 7a und 7b gezeigt
ist. Im Betriebszustand der Schalterinstallation gibt es drei stabile
Zustände,
die durch drei Installationsmerkmale gekennzeichnet sind:
- – die
Installation ist ausgeschaltet 101 (Schaltelemente 35 ausgeschaltet;
Trennelement 76 in der Netzposition; Auswahlvorrichtung 94 in
der zweiten Position);
- – die
Installation ist für
den Betrieb gelöst 102 (Schaltelemente 35 ausgeschaltet;
Trennelement 76 in Erdungsposition; Auswahlvorrichtung 94 in der
zweiten Position);
- – die
Installation ist in Betrieb 103 (Schaltelemente 35 eingeschaltet;
Trennelement 76 in der Netzposition; Auswahlvorrichtung 94 in
der zweiten Position).
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Aus
dem ausgeschalteten Zustand 101 ist es möglich, sich
zur eingeschalteten Position 103 zu bewegen (Entscheidungsblock 105),
in dem die Auswahlvorrichtung 94 in die erste Position
gebracht wird, und unter Verwendung des Schlüssels, um die Welle 31 nach
rechts zu drehen, wobei dann die Auswahlvorrichtung 9 zurück in die
zweite Position geführt
(Block 106).
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Aus
der eingeschalteten Position 103 ist es nur möglich, in
die ausgeschaltete Position 101 umzuschalten (Entscheidungsblock 109,
und zwar durch Drücken
des Aus-Knopfes 91 (Block 110) oder über die
Auslösespule.
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Aus
dem ausgeschalteten Zustand 101 ist es möglich, sich
in den zum Betrieb gelösten
Zustand 102 zu bewegen (Entscheidungsblock 107)
und zwar dadurch, dass man die Auswahlvorrichtung 94 in
die dritte Position setzt und den Schlüssel in der Öffnung 93 verwendet,
um die Trennelementantriebs welle 77 nach rechts zu drehen,
dass man den Schlüssel
entfernt und die Auswahlvorrichtung 94 in die Position
2 zurückgestellt
(Block 108).
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Aus
dem für
den Betrieb ausgelösten
Zustand 102 ist es nicht möglich, sich direkt in den eingeschalteten
Zustand 103 zu bewegen. Es ist möglich, vom für den Betrieb
ausgelösten
Zustand 102 in den ausgeschalteten Zustand 101 zu
wechseln (Entscheidungsblock 111) in dem man wieder die
Auswahlvorrichtung 94 in die dritte Position bringt (Block 112),
den Schlüssel
in der Öffnung 93 verwendet,
um die Trennelementantriebswelle nach links zu drehen, den Schlüssel heraus
nimmt und die Auswahlvorrichtung 94 in die Position 2 zurückbringt
(Block 113).
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Offensichtlich
ist es möglich,
aus dem für
den Betrieb ausgelösten
Zustand 102, in einen der vier Instandhaltungszustände zu wechseln
(über den
zwischen Block 115) in dem irgendeine Instandhaltung an
der Installation oder an dem Leistungsversorgungskabel ausgeführt wird,
welches mit dem festen Kontakt von einem der Schaltelemente verbunden ist.
In dem stabilen Instandhaltungszustand ist das Trennelement 73 geerdet,
und die Auswahlvorrichtung 94 ist in der Position 1. Als
eine Folge dessen, dass die Auswahlvorrichtung 94 in der
Position 1 angeordnet wird, wird der Zugriff auf die Betätigungswelle 73 freigegeben.
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Dies
bezieht als erstes die Bewegung in den Zustand 120 "Kabel geerdet" ein, in dem man
die Auswahlvorrichtung 94 in die Position 1 bringt, überprüft, ob das
Kabel frei von Spannung ist, den Schlüssel in die erste Öffnung 92 setzt
und ihn verwendet, um die Welle 31 nach rechts zu drehen (Block 124).
Als eine Folge wird der Schalter 35 geschlossen, und das
Kabel wird über
den Schalter 35 und das Trennelement 73 geerdet.
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Es
ist dann möglich,
Zugriff auf das Kabelverbindungsabteil zu gewinnen (Entscheidungsblock 125).
Dies wird durch Öffnen
einer Zugangstür
erreicht (Block 126). Aus diesem Zustand 121 ist
es beispielsweise möglich,
sich in einen Zustand 122 zu bewegen (Entscheidungsblock 127),
in dem das Kabel gepresst werden kann. Dies wird bewirkt durch Entfernung
der Endkappe vom Kabel, durch Einsetzen eines Presswerkzeuges und
einschalten des Schalters 35 unter Verwendung des Aus-Knopfes 91 (Block 128).
Dieser Zustand 122 wird wieder verlassen (Entscheidungsblock 129),
wobei man in den vorherigen Zustand 121 zurückkehrt,
und zwar als eine Folge dessen, dass der Schalter 35 wieder
eingeschaltet wird (unter Verwendung des Schlüssels in der ersten Öffnung 92,
um die Welle 31 nach rechts zu drehen), wobei das Presswerkzeug
weggenommen wird und die Endkappe ersetzt wird (Block 130). Es
ist dann möglich,
zum Betriebszustand "freigegeben
zum Betrieb" oder "ausgeschaltet" zurückzukehren
(Entscheidungsblock 127), und zwar durch schließen der
Tür (Block 131),
und durch ausschalten des Schalters unter Verwendung des Knopfes 91 (Block 132).
Die Installation wird in den für
den Betrieb freigegebenen Zustand zurückgebracht (Entscheidungsblock 133)
durch anordnen der Auswahlvorrichtung in der Position 2 (Block 134 und
Zwischenblock 116). Es ist möglich, in den "ausgeschalteten" Zustand zurückzukehren
(über den
Zwischenblock 117), und zwar durch anordnen der Auswahlvorrichtung
in der Position 3 und durch Verwendung des Schlüssels in der zweiten Öffnung 93,
um die Trennelementantriebswelle 77 nach links zu drehen, durch
entfernen des Schlüssels
und durch anordnen der Auswahlvorrichtung in der Position 2 (Block 113 in 7a).
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Es
ist auch möglich,
vom Zustand 120 "Kabel geerdet" in einen Zustand 123 "Kabel geerdet und verriegelt" zu kommen, beispielsweise
wenn es nötig ist,
eine Arbeit an dem Kabel an einer anderen Stelle auszuführen und
es auf jeden Fall wünschenswert ist,
dass dieses Kabel geerdet ist. Zu diesem Zweck ist es möglich, dass
es einen Erdungsverriegelungsclip bzw. -dorn gibt, der herausgezogen
werden kann und unter Verwendung eines Vorhängeschlosses oder ähnlichem
verriegelt werden kann (Block 135). Dieser Zustand 123 kann
wieder verlassen werden (Entscheidungsblock 136), in dem
das vorliegende Schloss entfernt wird und der Erdungsverriegelungsclip
bzw. -dorn wieder hineingedrückt
wird (Block 137). Dann ist es möglich, entweder in den zum
Betrieb freigegebenen Zustand 102 oder in den ausgeschalteten Zustand 101 zurückzukehren,
in dem der Schalter 35 unter Verwendung des Aus-Knopfes 91 geschaltet
wird (Block 132).