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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Mehrpol-Leistungsschalter
mit zwei trennbaren Kontakten pro Pol, die
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- einen Auslösehaken, der einem Kniehebelsystem mit einem ersten Gelenkhebel
zugeordnet ist, welcher gelenkig zwischen einer Schaltwelle und einem zweiten
Gelenkhebel montiert ist,
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- ein Energiespeichersystem mit einer Teleskopverbindung, die als mit einem
Führungselement zusammenwirkende Kappe ausgebildet ist, wobei eine, mindestens
eine Haupteinschaltfeder umfassende elastische Vorrichtung zwischen den Teilen
angeordnet ist,
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- einen mit der Kappe verbundenen und zwischen dem Energiespeichersystem und dem
zweiten Gelenkhebel des Kniehebelsystems angeordneten Mitnehmerhebel
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- sowie Steuermittel zur Gewährleistung des Übergangs der Teleskopverbindung von
der Gespanntstellung in die Entspanntstellung bzw. umgekehrt umfaßt.
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Eine solche Vorrichtung ist in der Druckschrift EP-A- 222 645 beschrieben. Der nach
Überwindung des Einschalttotpunkts des Kniehebelsystems der Antriebsvorrichtung
vorhandene Antriebsenergieüberschuß wird direkt vom ortsfesten Anschlag zur
Begrenzung des Schwenkhubs des Mitnehmerhebels aufgefangen. Dies kann,
insbesondere durch Leerlaufbetätigungen bei wiederholtem Abziehen des
Leistungsschalters einen vorzeitigen Verschleiß der Vorrichtung zu Folge haben.
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In der Druckschrift DE-A-26 03 536 ist ein Mitnehmersystem für einen Mittelspannungs-
Leistungsschalter beschrieben, bei dem sich eine Einschaltfeder an einem Widerlager
abstützt, welches in Form eines, über eine Treibstange mit einem Betätigungs-
Kurbelarm verbundenen beweglichen Kolbens ausgebildet ist. Der Kolben verschiebt
sich im Innern eines Zylinders, so daß die Anordnung ein pneumatisches
Dämpfungsrohr mit Luftkompression bildet, das dazu dient, im Verlauf der
Einschalthandlung des Leistungsschalters eine progressiv zunehmende Bremskraft zu
erzeugen. Das Dämpfungsrohr ist über die Einschaltfeder geführt, wodurch das
Axialmaß in Entspannungsrichtung der Feder zunimmt. Die Bremskraft wirkt von
Beginn der Entspannung der Feder 16 an.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanische Lebensdauer einer
Leistungsschalter-Antriebsvorrichtung mit Energiespeicher zu verbessern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß
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- die Teleskopverbindung einen Stößel umfaßt, der als zwischen dem Führungselement
und der Kappe angeordneter Schieber mit einem Rückhalterand ausgebildet ist, welcher
dazu dient, mit einer zugeordneten Schulter der Kappe zusammenzuwirken, um einen
Dämpfungsanschlag zu bilden, der in die Teleskopverbindung integriert ist und dazu
dient, den Energieüberschuß der Haupteinschaltfeder aufzunehmen, nachdem das
Kniehebelsystem den Einschalttotpunkt überwunden und bevor der Mitnehmerhebel
sein Hubende erreicht hat,
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- eine Vorspann-Hilfsfeder zwischen dem Führungselement und der Schulter der Kappe
im Innern des Stößels koaxial angeordnet ist.
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Die im Verlauf einer Entspannungshandlung durch den Energieüberschuß erzeugten
mechanischen Stöße werden so auf den Dämpfungsanschlag gelenkt. Die
Dämpfungswirkung des integrierten Anschlags resultiert aus der Elastizität der
Stahlteile. Die Dämpfung kann durch Verwendung jeder anderen Vorrichtung zur
Aufnahme der im Aufprallbereich der sich berührenden Teile erzeugten Energie
angepaßt werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Teleskopverbindung eine mit dem
Mitnehmerhebel verbundene und durch Aufeinandergleiten mit einem Führungselement
zusammenwirkende Kappe sowie einen zwischen dem Führungselement und der Kappe
angeordneten, als Schieber ausgebildeten Stößel mit einem Rückhalterand, welcher dazu
dient, mit einer zugeordneten Schulter der Kappe zur Bildung des genannten
Dämpfungsanschlags zusammenzuwirken.
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Die Hauptdruckfeder ist zwischen einer an der Kappe ausgebildeten Stützfläche und
einem Fußbund des Stößels eingesetzt, wobei der genannte Fußbund an der dem Rand
abgewandten Seite angeordnet ist. Eine Vorspann-Hilfsfeder ist zwischen dem
Führungselement und einem Längsfortsatz der Kappe im Innern des Stößels angeordnet.
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Zum besseren Verständnis ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer
Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
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- Fig. 1 eine schematische Ansicht der mit dem Energiespeichersystem ausgerüsteten
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Darstellung der Vorrichtung in der Aus-Gespannt-
Stellung entsprechend der Ausschaltstellung der Kontakte und der Gespanntstellung des
Energiespeichersystems;
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- Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1 mit Darstellung des
Energiespeichersystems in der Entspanntstellung nach Überwindung des Totpunkts
durch das Kniehebelsystem;
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- Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht mit Darstellung der Vorrichtung in der
Ein-Gespannt-Stellung entsprechend der Einschaltstellung der Kontakte und der
Entspanntstellung des Energiespeichersystems;
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- Fig. 4 verschiedene Diagramme mit Darstellung der Verlaufs der Antriebsenergie
einer bekannten Vorrichtung (Kurve B) bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
(Kurve C) in Abhängigkeit vom Hub des beweglichen Systems.
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Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen pro Pol mindestens zwei trennbare Kontakte 10, 12
umfassenden Mehrpol-Leistungsschalter, der durch eine Antriebsvorrichtung 14 betätigt
wird, welche auf einem Chassis mit parallelen Seitenwänden 15 montiert ist und ein,
einem Auslösehaken 18 zugeordnetes Kniehebelsystem 16 umfaßt.
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Das Kniehebelsystem 16 umfaßt zwei Gelenkhebel 20, 22, die auf einer Schwenkachse
24 gelenkig gelagert sind, wobei der untere Übertragungsgelenkhebel 20 mechanisch an
eine quergelagerte, allen Polen gemeinsam zugeordnete Schaltwelle 23 gekoppelt ist.
Die Schaltwelle 23 besteht aus einer Welle 26, die zwischen einer Ausschaltstellung und
einer Einschaltstellung der Kontakte 10, 12, verdreht werden kann. An jedem Pol ist ein
Gestänge 30 ausgebildet, das einen Kurbelarm der Schaltwelle 23 mit einem
Isolierstoffträger 28 verbindet, auf dem der bewegliche Kontakt 12 montiert ist. Dieser
Kontakt ist über einen flexiblen Leiter 34, insbesondere ein Leitungsband, mit einem
Anschluß 32 verbunden. Zwischen dem Träger 28 und der Oberseite jedes beweglichen
Kontakts 12 ist eine Kontaktdruckfeder 36 angeordnet.
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Der Auslösehaken 18 ist auf einer feststehenden Hauptachse 38 gelagert und kann
zwischen einer Gespanntstellung (Fig. 1) und einer Ausgelöststellung verschwenkt
werden. Eine Ausschaltfeder 40 ist zwischen einen an der Schaltwelle 23 ausgebildeten
Zapfen 42 und einen, oberhalb des Kniehebelsystems 16 angeordneten ortsfesten
Rückhaltevorsprung 44 eingesetzt. Eine Ausschaltklinke 46, die als auf einer Achse 48
gelagerter Verriegelungshebel ausgebildet ist, wird von einem ersten nockenförmigen
Verklinkungsriegel 50 angesteuert. Dem ersten Riegel 50 bezüglich der Achse 48
gegenüberliegend ist eine Rückholfeder 52 der Ausschaltklinke 46 angeordnet. Ein an
der Ausschaltklinke 46 zwischen der Achse 48 und dem Riegel 50 ausgebildeter
Anschlag 54 wirkt in der Gespanntstellung mit einer V-förmigen Vertiefung 56 des
Auslösehebels 18 zusammen. Der obere Gelenkhebel 22 des Kniehebelsystems 16 ist an
eine gegenüber der Vertiefung 56 angeordnete Achse 58 des Auslösehebels 18
angelenkt. Eine zwischen der Achse 58 und dem Vorsprung 44 eingesetzte
Rückholfeder 60 beaufschlagt den Haken 18 trigonometrisch in Richtung der
Gespanntstellung (Fig. 1), in der der Anschlag 54 der Ausschaltklinke 46 in die V-
förmige Vertiefung 56 des Hakens 18 eingreift.
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Die Vorrichtung 14 umfaßt eine Wiederspann-Kurvenscheibe 62, die auf der
Hauptachse 38 des Hakens 18 gelagert ist und mit einem Energiespeichersystem 64
zusammenwirkt.
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Neben der Wiederspann-Kurvenscheibe 62 umfaßt das Energiespeichersystem 64 eine,
von einem zweiten Verklinkungsriegel 68 angesteuerte Einschaltklinke 66 sowie einen
schwenkbar auf einer Achse 69 gelagerten Mitnehmerhebel 70. Eine elastische
Energiespeichervorrichtung 71 ist zwischen einer Aufnahme 74 des Chassis und einem
Übertragungszapfen 76 des Mitnehmerhebels 7 angeordnet. Die Wiederspann-
Kurvenscheibe 62 wirkt mit einer Rolle 78 des Mitnehmerhebels 70 zusammen, und die
elastische Energiespeichervorrichtung 71 drückt diesen Hebel gegen die Kurvenscheibe
62. Die Kontur der Kurvenscheibe 62 umfaßt einen ersten Abschnitt 80 zum Spannen
der Einschaltfeder 72 sowie einen zweiten Abschnitt 82 zur Freigabe der Rolle 78,
wodurch unter der Entspannungswirkung der elastischen Vorrichtung 71 ein
schlagartiges Verschwenken des Mitnehmerhebels 70 im Gegenuhrzeigersinn
ermöglicht wird. Die Wiederspann-Kurvenscheibe 62 weist darüber hinaus einen Zapfen
84 auf, der dazu dient, in Anschlag gegen die Einschaltklinke 66 zu gelangen, wenn das
Ende des ersten Abschnitts 80 der Kurvenscheibe 62 an der Rolle 78 des
Mitnehmerhebels 70 anliegt.
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In der in Fig. 1 gezeigten stabilen Stellung entsprechend der Gespanntstellung des
Energiespeichersystems 64 befinden sich die Kontakte 10, 12 je nach Stellung des
Kniehebelsystems 16 entweder in der Ausschaltstellung oder in der Einschaltstellung.
Die am ersten Abschnitt 80 anliegende Rolle 78 übt ein Kraftmoment auf die
Wiederspann-Kurvenscheibe 62 aus und beaufschlagt diese im Uhrzeigersinn. Die
Einschaltklinke 66 wirkt aufgrund der Rückhaltung des Zapfens 84 der Kurvenscheibe
62 dieser Drehung entgegen.
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Die Vorrichtung 14 wirkt mit einem thermomagnetischen oder elektronischen Auslöser
(nicht dargestellt) zusammen, um bei Auftreten einer Überlast oder eines Fehlers ein
automatisches Öffnen der Kontakte 10, 12 zu bewirken. Nach dem Öffnen der Kontakte
10, 12 durch das Kniehebelsystem 16 kann durch Betätigung des zweiten Riegels 68
eine Einschalthandlung durchgeführt werden, wodurch ein Verschwenken der
Einschaltklinke 66 im Gegenuhrzeigersinn um ihre Achse 88 bewirkt wird. Dadurch
wird der Zapfen 84 freigegeben und hat durch die Wirkung der Rolle 78 ein
Verschwenken der Kurvenscheibe 62 im Uhrzeigersinn und die anschließende
Überführung des zweiten Abschnitts 82 der Kurvenscheibe 62 in die Stellung zur
Freigabe des Mitnehmerhebels 70 zur Folge. Dieser Hebel wird anschließend aufgrund
der Entspannung der elastischen Vorrichtung 71 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt,
derart daß eine Einschaltkraft an das Kniehebelsystem 16 übertragen wird, welche die
Kontakte 10, 12 in die Einschaltstellung überführt (siehe Fig. 3). Diese
Einschalthandlung erfolgt gegen die Kraft der Ausschaltfeder 40, die dadurch beim
Entspannen der elastischen Vorrichtung 71 automatisch gespannt wird.
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Die Funktionsweise einer solchen Vorrichtung ist in der Patenschrift EP-A-222 645 der
Anmelderin detailliert beschrieben, und das Wiederspannen des Energiespeichersystems
64 durch Kompression der elastischen Vorrichtung 71 erfolgt automatisch oder manuell
mit Hilfe eines Betätigungshebels bzw. eines Getriebemotors (nicht dargestellt), die
jeweils auf der Hauptachse 38 montiert sind. Diese Wiederspannhandlung durch
Drehung der Kurvenscheibe 62 ist detailliert in der Patenschrift FR-A-2 558 986 der
Anmelderin beschrieben. Die Hauptachse 38 wird im Uhrzeigersinn in Drehung
versetzt, bis der Zapfen 84 der Kurvenscheibe 62 in Anschlag gegen die Einschaltklinke
66 gelangt. Die Wiederspann-Kurvenscheibe 62 dreht sich im gleichen Drehsinn wie die
Hauptachse 38 und nimmt zwei stabile Stellungen ein, und zwar eine Gespanntstellung
(Fig. 1), in der die Kurvenscheibe 62 durch die Einschaltklinke 66 verriegelt ist, und
eine Entspanntstellung (Fig. 3), die die Freigabe des Mitnehmerhebels 70 und die
Entspannung der elastischen Vorrichtung 71 erlaubt.
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Die elastische Vorrichtung 71 des Energiespeichersystems 64 zum Einschalten der
Kontakte 10, 12 des Leistungsschalters umfaßt erfindungsgemäß eine
Teleskopverbindung 90, in die ein Dämpfungsanschlag 91 integriert ist. Die
Teleskopverbindung 90 umfaßt ein in der Aufnahme 74 des Chassis angeordnetes
Führungselement 92 sowie ein Kappe 94, die dazu dient, auf dem Führungselement 92
entlangzugleiten, und eine Vertiefung zur Aufnahme des Zapfens 76 des
Mitnehmerhebels 70 aufweist. Ein als Zwischenschieber ausgebildeter Stößel 100 ist
zwischen dem Führungselement 92 und der Kappe 94 angeordnet und umfaßt einen
ringförmigen Rand 102, der mit einer, an einem Längsfortsatz 105 der Kappe 94
ausgebildeten zugeordneten Schulter 104 zur Bildung des Dämpfungsanschlags 91
zusammenwirkt.
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Eine Hauptdruckfeder 106 ist zwischen die Kappe 94 und einen äußeren Fußbund 108
des Stößels 100 eingesetzt, welcher Fußbund dem Rand 102 gegenüberliegt. Eine
Vorspann-Hilfsfeder 110 ist im Innern des Stößels 100 koaxial angeordnet und stützt
sich am Führungselement 92 sowie an der Schulter 104 des Längsfortsatzes 105 der
Kappe 94 ab.
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In der in Fig. 1 gezeigten Aus-Gespannt-Stellung der Vorrichtung 14 ist die
Wiederspann-Kurvenscheibe 62 durch die Einschaltklinke 66 in der Gespanntstellung
verriegelt, und die beiden Federn 106, 110 sind durch die relative Annäherung der
Kappe 94 an das Führungselement 92 maximal zusammengedrückt. Der Rand 102 des
Stößels 100 ist in Längsrichtung gesehen um ein bestimmtes Maß 112 von der Schulter
104 der Kappe 94 zurückgezogen.
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Nach dem Entriegeln der Kurvenscheibe 62 durch die Freigabe der Einschaltklinke 66
bewirkt die Entspannung der Hauptfeder 106 das Verschwenken des Mitnehmerhebels
70 im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 69. Der Mitnehmerhebel 70 wirkt auf den
oberen Gelenkhebel 22, derart daß das Kniehebelsystem 16 bis in eine Zwischenstellung
entsprechend der Überwindung des Einschalttotpunkts verbracht wird. Das
Energiespeichersystem 64 befindet sich dann in der in Fig. 2 gezeigten Stellung, in der
die Schulter 104 der Kappe 94 gegen den Rand 102 des Stößels 100 geführt ist und so
der Dämpfungsanschlag 91 gebildet wird, der dazu dient, den Energieüberschuß der
Feder 106 aufzufangen, bevor der Mitnehmerhebel 70 in Anschlag gegen den ortsfesten
Vorsprung 114 gelangt. Das Vorhandensein dieses Dämpfungsanschlags 91 resultiert
aus der Elastizität der Stahlteile, die mittels eines auf die Schulter 104 oder auf den
Rand 102 aufgebrachten elastischen Rings (nicht dargestellt) noch verstärkt werden
kann. Anstelle des elastische Rings kann selbstverständlich auch jedes andere
Absorptionselement verwendet werden.
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In der in Fig. 3 gezeigten Ein-Entspannt-Stellung befinden sich die Kontakte 10, 12 in
der Einschaltstellung, und die Hilfsfeder 110 bewirkt eine Vorspannung des
Mitnehmerhebels 70 in bezug auf den ortsfesten Vorsprung 114.
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In Fig. 4 ist die zum Einschalten der Kontakte 10, 12 des Leistungsschalters
erforderliche Antriebsenergie in Kurve A dargestellt, die vom Punkt O entsprechend der
Ausschaltstellung der Kontakte zum Zwischenpunkt PMF entsprechend der
Überwindung des Einschalttotpunkts verläuft. Die Kurve B zeigt die Einschaltenergie
einer herkömmlichen Vorrichtung über den Gesamthub L1 des Mitnehmerhebels 70,
insbesondere der Vorrichtung gemäß der Druckschrift EP-A-222 645. Die Kurve C zeigt
die Einschaltenergie der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der durch den im Innern
der Teleskopverbindung 90 ausgebildeten Dämpfungsanschlag 91 der Energieüberschuß
nach Überwindung des Einschalttotpunkts aufgefangen werden kann. Der Hub L2 ist
kürzer als der Hub L1, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung verbessert wird.
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Das Vorhandensein des Dämpfungsanschlags 91 erlaubt darüber hinaus auch eine
höhere Anzahl von Leerlaufbetätigungen des Leistungsschalters. In einigen Normen ist
nämlich unabhängig davon, ob sich die Kontakte in der Einschalt- oder in der
Ausschaltstellung befinden, eine Entspannung des Energiespeichersystems beim
Herausziehen des Schalters vorgeschrieben. Dabei wird während der Ausziehhubs des
Schalters ein Entspannhebel (nicht dargestellt) aktiviert, um den Verklinkungsriegel 68
zu betätigen, derart daß die Einschaltklinke 66 entriegelt wird und die Federn 106, 110
automatisch entspannt werden.
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Das Energiespeichersystems 64 mit Anschlag 91 kann entweder direkt in die
Vorrichtung 14 eines Einblock-Leistungsschalters oder in einen mechanisch mit dem
Leistungsschalterblock gekoppelten Fernbetätigungsblock integriert werden.
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Anstelle der Wiederspann-Kurvenscheibe 62 kann auch jedes andere Steuermittel zum
Spannen der Einschaltfeder verwendet werden.