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Einschaltvorrichtung mit Federkraftspeicher für elektrische Leistungsschalter
Elektrische Leistungsschalter besitzen in der Regel, soweit sie nicht gespeicherte Druckluft als Lösch- und zugleich als Antriebsmittel benutzen, einen Federkraftspeicher für den Ausschaltvorgang, damit ihre sofortige Auslösung beim Auftreten von Fehlerströmen mit Hilfe entsprechender ÜberwachungsorganeRelais bzw. Auslöser - jederzeit sichergestellt ist. Aber auch für den Einschaltvorgang werden, neben unmittelbaren Motor-oder Druckluftantrieben, Antriebsvorrichtungen mit Federkraftspeicher benutzt. Dies geschieht insbesondere im Hinblick auf die Forderung, dass Leistungsschalter auch in der Lage sein müssen, kurzgeschlossene Stromkreise einzuschalten.
In einem solchen Fall entstehen durch den bei der Kontaktberührung einsetzenden Kurzschlussstrom zusätzliche, der Einschaltung entgegenwirkende Kräfte, deren Überwindung eine gegebenenfalls beträchtliche Arbeitsleistung erforderlich macht. Legt man nun die Antriebsvorrichtung so aus, dass ihre Arbeitsleistung für den beim Nenneinschaltstrom des Schalters bestehenden Bedarf mit Sicherheit ausreicht, dann besitzt sie im Falle des Leerschaltens oder normaler Einschaltungen, bei denen höchstens der Nennstrom des Schalters fliesst, einen erheblichen Energie- überschuss. Die Umwandlung dieser Überschussarbeit stellt ein grundsätzliches Problem der Antriebstechnik von elektrischen Leistungsschaltem dar, zu dessen Lösung Vorrichtungen verschiedenster Art bereits vorgeschlagen und angewendet worden sind.
Besonders schwierig wird die Aufgabe dadurch, dass für die Zurückführung der Geschwindigkeit der bewegten Schalterteile von einem sehr hohen Wert, der im Augenblick der Kontaktberührung erwünscht ist, auf den Betrag Null nur eine verhältnismässig kleine Wegstrecke zur Verfügung steht. Eine bekannte und bewährte Anwendung verwendet beispielsweise eine Schwungmasse, die mit den bewegten Schalterteilen nicht starr, sondern über eine Rutschkupplung verbunden ist. Wenn der Schalter seine Einschaltstellung erreicht hat und die Bewegung der beweglichen Schalterteile durch Anschläge aufgehalten wird, kann sich die Schwungmasse noch so lange weiterdrehen, bis sich die in ihr gespeicherte Überschussarbeit in der Rutschkupplung in Reibungswärme umgesetzt hat.
Die Verzögerung am Ende der Einschaltbewegung wird auf diese Weise wirksam gedämpft ; ohne eine solche Massnahme würde sich die Überschussarbeit vorwiegend in Formänderungen der bewegten Schalterteile und der Anschlagvorrichtungen auswirken, in diesen hohe mechanische Beanspruchungen hervorrufen und zu unliebsamen Prellerscheinungen führen. Gegenüber Flüssigkeitsbremsen, die am Ende der Einschaltbewegung wirksam werden, hat die beschriebene Anordnung den grossen Vorteil, dass sie tatsächlich nur den für die Einschaltung nicht benötigten Energierest des Kraftspeichers umwandelt, sich also selbsttätig den unterschiedlichen Betriebsbedingungen anpasst. Obwohl Antriebseinrichtungen dieser Art einwandfrei funktionieren und sich im praktischen Gebrauch sehr gut bewährt haben, stellen sie keine optimale Lösung dar.
Bei der Beurteilung spielt der Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit, die in Wärme umgewandelte Überschussarbeit geht nutzlos verloren, der bei derartigen Überlegungen manchmal angeführt wird, eine durchaus untergeordnete Rolle, da es sich selbst bei Antrieben grosser Schalter um Energiebeträge handelt, die sich auf die Betriebskosten nur unwesentlich auswirken. Entscheidend ist vielmehr, dass Abbremseinrichtungen dieser Art stets einem gewissen Verschleiss unterworfen sind, dass sie deshalb nach einer bestimmten Anzahl von Schaltspielen der Revision und Überholung bedürfen. Sie müssen ferner, um unabhängig von Temperaturschwankungen und fortschreitender Abnutzung stets gleich-
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mässig wirksam zu sein, sehr sorgfältig durchgebildet und ausgeführt werden und stellen aus diesem Grunde kein billiges Bauelement dar.
Ein Antriebssystem mit Federkraftspeicher, das die Überschussarbeit des Kraftspeichers von den bewegten Schalterteilen fernhält, ohne eine Abbremseinrichtung der beschriebenen Art zu benötigen, stellt daher einen bedeutenden Fortschritt gegenüber den bekannten Anordnungen auf diesem Gebiet dar.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einschaltvorrichtung für elektrische Leistungsschalter, bei der das vorstehend angedeutete Problem in der Weise gelöst ist, dass der für den Einschaltvorgang nicht verbrauchte Energieanteil der Einschaltfeder in einer Schwungmasse vorübergehend in Form kinetischer Energie gespeichert und nach vollzogener Einschaltung an die Einschaltfeder zurlickgeliefert wird.
Diese erhält auf diese Weise bereits eine gewisse Vorspannung und bei der weiteren Aufladung des Federkraftspeichers mittels Hand- oder Motoraufzug braucht nur der Energiebetrag, der tatsächlich während des Einschaltens verbraucht wurde, nachgeliefert zu werden. Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, die Überschussarbeit der Einschaltfeder einem Federkraftspeicher zuzuführen, der für die Ausschaltung des Leistungsschalters vorgesehen ist, wobei unter Umständen eine einzige Feder sowohl für die Ein- als auch für die Ausschaltung verwendet werden kann. Derartige Anordnungen sind jedoch mit der hier beschriebenen Antriebsvorrichtung nicht vergleichbar, da sie voraussetzen, dass die zur vollen Aufladung des Ausschaltkraftspeichers erforderliche Differenzarbeit diesem erst noch zugeführt werden muss, ehe eine Ausschaltung vollzogen werden kann.
Mit derartigen Antriebssystemen ausgerüstete Schalter sind daher nicht in der Lage, unmittelbar nach erfolgter Einschaltung wieder auszulösen, wie es bei Leistungsschaltern in der Regel verlangt wird. Im Gegensatz hiezu wird bei der erfindungsgemässen Einschaltvorrichtung, die nachstehend im einzelnen näher beschrieben wird, bei jedem Einschaltvorgang die Ausschaltfeder sofort und vollständig gespannt.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen ein Anwendungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
In Fig. 1 ist die Einschaltvorrichtung in der Ausschaltstellung des Leistungsschalters 1 und bei vollständig gespannter Einschaltfeder 2 dargestellt. Beim Einschalten wird die Kurvenscheibenwelle 3 entklinkt und dreht sich unter Einfluss der gespannten Einschaltfeder 2 etwa eine halbe Umdrehung im Gegenuhrzeigersinn, dabei hebt die Kurvenscheibe 4 den Rollenhebel 5 in die in Fig. 2 dargestellte Lage, in welcher die Rollenhebelwelle 6 verklinkt.
Die Rollenhebelwelle bringt den Leistungsschalter 1 in die Einschaltstellung und spannt gleichzeitig die Ausschaltfeder 7. Während der Einschaltbewegung wird über die Zahnräder 8,9 die Schwungmasse 10 mitgenommen, welche einen Ausgleich des Antriebsdrehmomentes und die gleichzeitige Speicherung eines gewissen Arbeitsüberschusses für ein sicheres Einschalten gewährleistet. Nach dem Verklinken der Rollenhebelwelle 6. d. h. bei vollständig ei geschaltetem Leistungsschalter, gelangt die noch vorhandene Energie der Schwungmasse über den die Totpunktlage überschwingenden Hebel 11 und das Kurbelgetriebe 12,13 in die Einschaltfeder 2 zur Speicherung. In Fig. 2 ist der Antrieb in dieser Stellung gezeichnet. An der Schwungmasse ist eine Sperrvorrichtung vorgesehen, welche die rückläufige Bewegung der Wellen 3 und 14 verhindert.
Das vollständige Spannen der Einschaltfeder 2 geschieht entweder mit Hilfe einer Handkurbel 15 oder mit Hilfe eines Elektromotors. Bei vollständig gespannter Einschaltfeder 2 verklinkt die Kurvenscheibenwelle 3 und der Antrieb ist nach erfolgter Ausschaltung sofort einschaltbereit.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Einschaltvorrichtung für elektrische Leistungsschalter, bei welcher die zum Einschalten des Schalters erforderliche Energie einer gespannten Feder entnommen und über eine Kurvenscheibe auf einen mit der Schalterwelle gekuppelten Rollenhebel übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Feder und Kurvenscheibe ein Getriebe, beispielsweise ein Kurbeltrieb, befindet, das im ersten Abschnitt des Bewegungsablaufes die Lieferung von Energie aus der Feder zu der Kurvenscheibe sowie zu einer mit dieser gekoppelten Schwungmasse bewirkt, u. zw. so lange, bis der Leistungsschalter die Einschaltstellung erreicht und in dieser verklinkt hat, im zweiten Abschnitt jedoch nach Durchlaufen einer Totlage die in der Schwungmasse gespeicherte Überschussarbeit an die Einschaltfeder zurückliefert.