DE102004021455B4

DE102004021455B4 - Niederspannungs-Leistungsschalter

Info

Publication number: DE102004021455B4
Application number: DE102004021455A
Authority: DE
Inventors: Johannes-Gerhard Dipl.-Ing. Banghard; Stefan Dipl.-Ing. Losch; Jörg Baumgärtl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: DE102004021455A1; US20040262134A1; US7129430B2

Abstract

Niederspannungs-Leistungsschalter mit mindestens einer Einschaltklinke zum Auslösen eines Einschalt-Vorganges und mindestens einem eine Einfahrwelle (26) aufweisenden Einfahrmechanismus zum Einfahren des Leistungsschalters in den Einschubrahmen oder Ausfahren des Leistungsschalters aus dem Einschubrahmen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit der Einfahrwelle (26) verbundenes kraftübertragendes System (10, 12, 14, 16, 18, 20, 30, 38, 40, 42, 46, 48, 50) derart mit der Einschaltklinke (44) verbindbar ist, dass die Einschaltklinke (44) an einer definierten Entladeposition des Verfahrweges aus einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand und an einer definierten Rücksetz-Position des Verfahrweges aus einem aktivierten Zustand in einen deaktivierten Zustand verlagerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederspannungs-Leistungsschalter in Einschubtechnik mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Aus Gründen der Arbeitssicherheit muss ein nach dem ANSI-Standard gefertigter Leistungsschalter bei der Entnahme aus der Schaltanlage, zum Beispiel zu Wartungszwecken, einen entspannten Kraftspeicher (in der Regel ein Federspeicher) des Schaltschlosses aufweisen. Hierfür ist es erforderlich, dass die Speicherfeder des Schaltschlosses während des Ausfahrvorganges automatisch entspannt wird ( EP 0 048 042 A2 ).

Hierfür ist es bekannt, die Entladung der Speicherfeder des Schaltschlosses durch einen Schaltvorgang zu realisieren, der in Abhängigkeit der Kurbelumdrehungen des Verfahrantriebes den Federspeicher an einer definierten Stelle des Verfahrweges (der so genannten Entladeposition) entlädt. Diese Entladung erfolgt durch eine Leerschaltung.

Während des Verfahrens des Leistungsschalters aus seiner Betriebsposition in die Entladeposition und/oder in die Entnahmeposition ist aus Sicherheitsgründen konstruktionsbedingt die Ausschaltklinke, welche zum Auslösen eines Ausschaltvorganges des Niederspannungs-Leistungsschalters vorgesehen ist, aktiviert. Dadurch führt an der Entladeposition des Verfahrweges die Aktivierung der Einschaltklinke, welche zum Auslösen eines Einschalt-Vorganges vorgesehen ist, bei gespannter Feder zu einer Leerschaltung. Hierbei wird der Federspeicher entspannt ( DE 101 53 108 C1 und DE 100 65 090 C1 ), ohne dass sich die Hauptkontakte des Niederspannungs-Leistungsschalters schließen. Das Zusammenwirken von Schaltschloss, Einschaltklinke, Ausschaltklinke und Kraftspeicher ist beispielsweise aus DE 100 10 727 C2 und DE 101 20 783 C1 bekannt.

Die Ausschaltklinke zum Auslösen eines Ausschaltvorganges bleibt zumindest so lange aktiviert, bis der Leistungsschalter in die Entnahmeposition verbracht worden ist und die Kurbel entfernt wird. Nachteilig an den bekannten Leistungsschaltern nach dem Stand der Technik ist jedoch, dass die Einschaltklinke zum Auslösen eines Einschalt-Vorganges auch nach Entladung des Federspeichers in einem aktivierten Zustand verbleibt. Dies hat zur Folge, dass auch nach einer Entnahme kein Funktionstest des Leistungsschalters folgen kann, ohne die Speicherentladung durch erneutes Betätigen des Verfahrantriebes zurückzusetzen. Diese ist jedoch nicht wünschenswert, da hierbei die Grundsätze der Arbeitssicherheit verletzt würden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Niederspannungs-Leistungsschalter anzugeben, bei welchem die Einschaltklinke zum Auslösen eines Einschalt-Vorganges nach erfolgter Speicherentladung selbsttätig in einen deaktivierten Zustand verbracht wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Niederspannungs-Leistungsschalter anzugeben, dessen Mechanismus zum selbsttätigen Deaktivieren der Einschaltklinke während des Herausfahrens des Leistungsschalters nach erfolgter Speicherentladung kostengünstig und störungsunanfällig ist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Leistungsschalters besteht darin, dass die Speicherentladungsmechanik nicht nur an einer definierten Stelle des Ausfahrvorganges (Entladeposition) einmalig aktiviert wird, sondern sich beim weiteren Herausfahren selbsttätig zurücksetzt und somit das mechanische Testen des Schalters durch Wartungspersonal ohne einen zusätzlichen Aufwand ermöglicht. Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim erneuten Einsetzen des Niederspannungs-Leistungsschalters in die Schaltanlage und dem Verfahren in die Betriebsposition die Speicherentladungsmechanik automatisch in ihren Ursprungszustand zurückgesetzt wird, wobei beim Einfahren keine erneute Speicherentladung stattfindet. Dadurch ist es erfindungsgemäß gewährleistet, dass bei jedem erneuten Herausfahren des Niederspannungs-Leistungsschalters eine dem ANSI-Standard entsprechende Entladung des Kraftspeichers erfolgt und nachfolgend die Einschaltklinke in einen deaktivierten Zustand verbracht wird.

Dazu ist mindestens ein mit der Einfahrwelle verbundenes kraftübertragendes System derart mit der Einschaltklinke verbindbar, dass die Einschaltklinke an einer definierten Entladeposition des Verfahrweges aus einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand und an einer definierten Rücksetz-Position des Verfahrweges aus einem aktivierten Zustand in einen deaktivierten Zustand verlagerbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das kraftübertragende System ein dreiteiliges Gestänge auf, welches über einen drehbar gelagerten Hebelarm mit einem längenveränderlichen Zugelement verbunden ist, wobei das längenveränderliche Zugelement mit der Einfahrwelle verbunden ist.

Hierdurch wird erfindungsgemäß eine selbsttätige Rücksetzfunktion der Speicherentladungsmechanik realisiert. Dadurch kann eine intuitive Bedienung des Niederspannungs-Leistungsschalters für das Wartungspersonal erzielt werden. Weiterhin wird die vom ANSI-Standard geforderte Speicherentladung während des Ausfahrens des Leistungsschalters eingehalten.

Durch das mit der Einfahrwelle verbundene längenveränderliche Zugelement, welches vorzugsweise ein Seil ist, wird die Winkelstellung der Einfahrwelle mittels eines drehbar gelagerten Hebelarmes in eine Schubbewegung eines dreiteiligen Gestänges umgewandelt. Durch die Schubbewegung des dreiteiligen Gestänges wird ein Mitnehmer bewegt, dessen Hebel den Hebel einer Einschalt-Halbwelle verdreht. Durch die Verdrehung der Einschalt-Halbwelle wird die Einschaltklinke aktiviert. Dabei sind die vorgenannten kraftübertragenden Elemente so angeordnet, dass die Schubbewegung des dreiteiligen Gestänges bei einer vordefinierten Entladeposition der Einfahrwelle zu einer Aktivierung der Einschaltklinke führt. Da die Ausschaltklinke konstruktionsbedingt während der Verfahrbewegung ebenfalls aktiviert ist, wird eine Leerschaltung ausgelöst, die zu einer Entspannung des Federspeichers gemäß dem ANSI-Standard führt, ohne dass sich die Hauptkontakte schließen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist das mittlere Glied des dreiteiligen Gestänges als Knickglied ausgeführt. Nach erfolgter Betätigung der Einschaltklinke in der Entladeposition des Niederspannungs-Leistungsschalters wird aufgrund der Tatsache, dass mindestens ein Glied des Gestänges bei Erreichen der Entladeposition aus einer Führung gerät, das Knickglied aus einer im Wesentlichen vertikalen in eine im Wesentlichen horizontale Position bewegt. Durch das einhergehende Abknicken des dreiteiligen Gestänges wird der Hebel der Einschalt-Halbwelle über den Mitnehmer wieder in eine solche Position verdreht, dass die Einschaltklinke in einen deaktivierten Zustand verlagert wird. Hierdurch wird es für das Wartungspersonal nach der Entnahme des Leistungsschalters möglich, einen Funktionstest des Leistungsschalters durchzuführen, ohne die Speicherentladung durch erneutes Betätigen des Verfahrantriebes zurücksetzen zu müssen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Speicherentladungsmechanik in schematischer Darstellung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter in Betriebsposition;
2 eine erfindungsgemäße Speicherentladungsmechanik in schematischer Darstellung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter in Entladeposition,
3 eine erfindungsgemäße Speicherentladungsmechanik in schematischer Darstellung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter in Entnahmeposition,
4 die mechanische Kopplung des dreiteiligen Gestänges mit der (deaktivierten) Einschaltklinke des Niederspannungs-Leistungsschalters in perspektivischer Darstellung,
5 die mechanische Kopplung des dreiteiligen Gestänges mit der (deaktivierten) Einschaltklinke des Nie derspannungs-Leistungsschalters in geschnittener Darstellung,
6 die mechanische Kopplung des dreiteiligen Gestänges mit der (aktivierten) Einschaltklinke des Niederspannungs-Leistungsschalters in perspektivischer Darstellung und
7 die mechanische Kopplung des dreiteiligen Gestänges mit der (aktivierten) Einschaltklinke des Niederspannungs-Leistungsschalters in geschnittener Darstellung.
1 zeigt eine Speicherentladungsmechanik eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters in dessen Betriebsposition. Nach dem ANSI-Standard wird aus Gründen der Arbeitssicherheit beim Herausfahren eines Niederspannungs-Leistungsschalters eine Entladung des (hier nicht dargestellten) Kraftspeichers, welcher in der Regel ein Federspeicher ist, gefordert. Hierzu dient die Speicherentladungsmechanik, welche an einer vordefinierten Entladeposition des Verfahrweges des Niederspannungs-Leistungsschalters eine Aktivierung der Einschaltklinke 44 (6 und 7) bewirkt. Diese Aktivierung der Einschaltklinke 44 löst eine Leerschaltung, bei welcher der Federspeicher ohne das Schließen der (hier nicht dargestellten) Hauptkontakte entspannt wird, aus, da die Einschaltklinke 44 des Niederspannungs-Leistungsschalters konstruktionsbedingt während der Verfahrbewegung ebenfalls aktiviert ist.
In der in 1 dargestellten Betriebsposition des Leistungsschalters wird über das längenveränderliche Zugelement 10, welches mit der Einfahrwelle 26 verbunden ist, noch keine Kraft auf den Hebelarm 14 ausgeübt. Das längenveränderliche Zugelement 10 ist über einen Spulenkörper 28 auf der Einfahrwelle 26 zumindest teilweise aufgewickelt und über eine Lasche 12 an dem Hebelarm 14 angelenkt. Der drehbeweglich gelagerte Hebelarm 14 ist mit dem dreiteiligen Gestänge (bestehend aus Gliedern 16, 18 und 20) verbunden. Dabei bilden die Gestängeglieder 16 und 20 die äußeren Glieder und das Knickglied 18, das Zwischenglied des dreiteiligen Gestänges aus. Durch das Verfahren des Leistungsschalters aus der Betriebsposition (entsprechend 1) heraus wird eine Drehbewegung der Einfahrwelle 26 über eine das längenveränderliche Zugelement 10 übertragende Zugkraft auf den Hebelarm 14 bewirkt. Hierdurch wird das dreiteilige Gestänge (bestehend aus Gliedern 16, 18 und 20) eine nach oben gerichtete Schubbewegung ausführen. Hierdurch wird der Mitnehmer 30 derart bewegt, dass dieser einen Hebel 46 der Einschalt-Halbwelle 42 verdreht. Die Verdrehung der Einschalt-Halbwelle 42 führt bei Erreichen der (in 2 dargestellten) Entladeposition zur Verlagerung der Einschaltklinke 44 aus einem deaktivierten Zustand (4 und 5) in einen aktivierten Zustand (6 und 7). Bis zu dieser Bewegung des dreiteiligen Gestänges (bestehend aus Gliedern 16, 18 und 20) wurde das obere Gestängeglied 20 sowohl durch das Blech 32 als auch durch das Blech 34 geführt. Durch Aktivierung der Einschaltklinke 44 erfolgt die nach dem ANSI-Standard geforderte Entladung des Kraftspeichers. Wie in 2 ersichtlich ist, ist die Führung 24 derart angeordnet, dass das Blech 34 das untere Ende der Führung 24 in der Entladeposition des Leistungsschalters erreicht. Durch das weitere Verfahren des Leistungsschalters aus seinem Einschub-Rahmen wird nun durch eine weitere Aufwärtsbewegung des Gestänges, bestehend aus Gliedern 16, 18 und 20, das obere Gestängeglied 20 aufgrund seiner Führung 24 vom Blech 34 seitwärts gedrückt.
Durch Zusammenwirken der Seitwärtsbewegung des oberen Gestängeglieds 20 aufgrund des Herausdrückens (durch Führung 24 und Blech 34) und der Arretierung des oberen Gestängeglieds 20 an dem Blech 32 wird das obere Gestängeglied 20 seitwärts bewegt. Das bisher im Wesentlichen vertikal angeordnete Knickglied 18 wird einerseits durch die Seitwärtsbewegung des Gestängeglieds 20 und andererseits bei gleichzeitiger Aufwärtsbewegung des Knickgliedes 18 im Moment des Erreichens einer Stufe 36 unter Verlust der seitlichen Führung am Blech 34 seitlich abgeknickt. Somit wird das Knickglied 18 in eine im Wesentlichen horizontale Position- wie in 3 dargestellt – verlagert. Hierdurch wird der Mitnehmer 30 vom oberen Gestängeglied 20 wieder freigegeben und hierdurch der Hebel 46 der Einschalt-Halbwelle 42 in seine ursprüngliche (entsprechend der Betriebsposition des Leistungsschalters) Stellung verdreht. Hierdurch wird die Einschaltklinke 44 vom aktivierten in den deaktivierten Zustand verlagert, wodurch ein Funktionstest des Leistungsschalters auf der Werkbank ohne erneutes Betätigen des Verfahrantriebes möglich wird. Das Federelement 22 bewegt den oben beschriebenen Speicherentladungsmechanismus beim Einfahren des Leistungsschalters wieder zurück in die (in 1 dargestellte) Ausgangsstellung.
Die 4 bis 7 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Kopplung von Gestänge (16, 18, 20) und Einschaltklinke 44 im Fall der deaktivierten Speicherfederentladung (4 und 5) sowie im Fall der aktivierten Speicherfederentladung (6 und 7). Das obere Gestängeglied 20 ist über die Drehachse 38 mit dem Mitnehmer 30 drehbeweglich verbunden. Der Mitnehmer 30 weist ein Verbindungsglied 48 sowie einen Hebel 40 auf und ist darüber hinaus um die Drehachse 52 drehbeweglich gelagert.
Im deaktivierten Zustand befinden sich das obere Gestängeglied 20 sowie der Mitnehmer 30 in einer unteren Endlage. Hierbei berührt der Hebel 40 des Mitnehmers 30 den Hebel 46 der Einschalt-Halbwelle 42 über die Nocke 50 nicht oder nur geringfügig, so dass die Einschalt-Halbwelle 42 eine solche Winkelstellung aufweist, in welcher die Einschaltklinke 44, die von den Federkräften gegen die Einschalt-Halbwelle 42 gedrückt wird, blockiert ist. (4 und 5).
Durch eine Aufwärtsbewegung des Gestängeglieds 20 wird über das Verbindungsglied 48 der Hebel 40 verdreht, wobei der Hebel 40 den Hebel 46 über die Nocke 50 beaufschlagt, wodurch die Einschalt-Halbwelle 42 in eine solche Winkelstellung verlagert wird, in welcher sich die Einschaltklinke 44 an der Einschalt-Halbwelle 42 vorbei bewegen kann, also aktiviert wird. Hierdurch kann sich die Speicherfeder (Kraftspeicher) entspannen. Bei in ihrem aktivierten Zustand befindlicher Einschaltklinke befinden sich das obere Gestängeglied 20 sowie der Mitnehmer 30 in einer unteren Endlage.

10: längsveränderliches Zugelement
12: Lasche
14: Hebelarm
16: Gestängeglied
18: Knickglied
20: Gestängeglied
22: Federelement
24: Führung
26: Einfahrwelle
28: Spulenkörper
30: Mitnehmer
32: Blech
34: Blech
36: Stufe
38: Achse
40: Hebel
42: Einschalt-Halbwelle
44: Einschaltklinke
46: Hebel der Einschalt-Halbwelle
48: Verbindungsglied
50: Nocke
52: Drehachse des Mitnehmers

Claims

Niederspannungs-Leistungsschalter mit mindestens einer Einschaltklinke zum Auslösen eines Einschalt-Vorganges und mindestens einem eine Einfahrwelle (26) aufweisenden Einfahrmechanismus zum Einfahren des Leistungsschalters in den Einschubrahmen oder Ausfahren des Leistungsschalters aus dem Einschubrahmen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit der Einfahrwelle (26) verbundenes kraftübertragendes System (10, 12, 14, 16, 18, 20, 30, 38, 40, 42, 46, 48, 50) derart mit der Einschaltklinke (44) verbindbar ist, dass die Einschaltklinke (44) an einer definierten Entladeposition des Verfahrweges aus einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand und an einer definierten Rücksetz-Position des Verfahrweges aus einem aktivierten Zustand in einen deaktivierten Zustand verlagerbar ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftübertragende System (10, 12, 14, 16, 18, 20, 30, 38, 40, 42, 46, 48, 50) ein dreiteiliges Gestänge (16, 18, 20) aufweist, welches über einen drehbar gelagerten Hebelarm (14) mit einem längenveränderlichen Zugelement (10) verbunden ist, wobei das längenveränderliche Zugelement (10) mit der Einfahrwelle (26) verbunden ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das längenveränderliche Zugelement (10) mittels einer drehbeweglich gelagerten Lasche (12) an den Hebelarm (14) angelenkt ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das längenveränderliche Zugelement (10) ein Seil ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dreiteilige Gestänge (16, 18, 20) drehbar gelagert mit dem Hebelarm (14) verbunden ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (16, 18, 20) ein Knickglied (18) aufweist, wobei das Knickglied (18) das mittlere Glied des Gestänges (16, 18, 20) ausbildet und drehbar mit den beiden äußeren Gliedern (16, 20) verbunden ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Gestängeglied (20) eine Führung (24) aufweist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Gestängeglied (16) mit einem Federelement (22) verbunden und derart angeordnet ist, dass das Knickglied (18) während des Verfahrens des Leistungsschalters von einer Betriebsposition in die Entladeposition mittels einer Führung (24) des äußeren Gestängegliedes (20) und mittels Blechen (32, 34) in einer im Wesentlichen vertikalen Lage gehalten wird.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Knieckglied (18) mit einem Federelement (22) verbunden und derart angeordnet ist, dass das Knickglied (18) nach Erreichen der Entladeposition während des weiteren Verfahrens des Leistungsschalters aus seinem Einschubrahmen durch eine seitliche Bewegung des Gestängegliedes (20) entlang der Führung (24) und nach Erreichen einer Stufe (36) eines der Bleche (34) abknickt und mittels der Führung (24) des äußeren Gestängegliedes (20) und der Bleche (32, 34) in einer im Wesentlichen horizontalen Lage gehalten wird.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftübertragende System (10, 12, 14, 16, 18, 20, 30, 38, 40, 42, 46, 48, 50) einen Mitnehmer (30) aufweist, welcher mittels des Gestänges (16, 18, 20) von einer Aktivierungsposition in eine Deaktivierungsposition und von einer Deaktivierungsposition in eine Aktivierungsposition verlagerbar ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (30) ein Verbindungsglied (48) und einen Hebel (40) aufweist, wobei das Verbindungsglied (48) über eine Drehachse (38) drehbeweglich mit dem Gestängeglied (20) verbunden ist und der Hebel (40) durch Beaufschlagung des Gestängegliedes (20) von einer Aktivierungsposition in eine De aktivierungsposition und von einer Deaktivierungsposition in eine Aktivierungsposition verlagerbar ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (30) drehbeweglich um eine Drehachse (52) gelagert ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (40) derart angeordnet ist, dass eine Nocke (50) eines Hebels (46) einer Einschalt-Halbwelle (42) durch den Hebel (40) beaufschlagbar ist und die Einschalt-Halbwelle (42) mittels des Hebels (40) von einem aktivierten Zustand in einen deaktivierten Zustand und von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand verlagerbar ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschalt-Halbwelle (42) in Relation zur Einschaltklinke (44) derart angeordnet ist, dass die Einschaltklinke (44) durch Drehung der Einschalt-Halbwelle (42) von einem aktivierten Zustand in einen deaktivierten Zustand und von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand verlagerbar ist.
Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfahrwelle (26) einen Spulenkörper (28) zum Aufwickeln des längenveränderlichen Zugelementes (10) aufweist.