DE102005013196A1

DE102005013196A1 - Elektrische Versorgungsschaltung, Schalterbetätigungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Schalterbetätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005013196A1
Application number: DE102005013196A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr. Protze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-09-28
Also published as: DE502006007325D1; EP1859465B1; WO2006097412A1; US7612977B2; CN101142649B; EP1859465A1; CN101142649A; US20080191821A1

Abstract

Eine elektrische Versorgungsschaltung für eine Schalterbetätigungsvorrichtung mit einem Stellglied (12), einem elektromagnetischen Antrieb (14) zum Bringen des Stellgliedes (12) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung, einer mechanischen Rückstellvorrichtung (26, 26') zum Bringen des Stellgliedes (12) von der zweiten Schaltstellung zurück in die erste Schaltstellung, einer magnetischen Fixiereinheit (30) zum Fixieren des Stellgliedes (12) in der zweiten Schaltstellung und einer elektromagnetischen Lösevorrichtung (18) zum Lösen der Fixierung umfasst: DOLLAR A - einen mit dem elektromagnetischen Antrieb (14) elektrisch verbindbaren ersten Kondensator (10) zum Vorhalten von elektrischer Energie für den elektromagnetischen Antrieb und DOLLAR A - einen mit der Lösevorrichtung (18) elektrisch verbindbaren zweiten Kondensator (16) zum Vorhalten der von der Lösevorrichtung (18) zum Lösen der Fixierung benötigten elektrischen Energie. DOLLAR A Zwischen dem ersten Kondensator (10) und zweiten Kondensator (16) ist eine schaltbare elektrische Verbindung vorhanden.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Versorgungsschaltung für eine Schalterbetätigungsvorrichtung zum Bewegen eines Stellgliedes von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung, eine Schalterbetätigungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Schalterbetätigungsvorrichtung.

Aus EP 0 867 903 B1 und DE 103 09 679 B3 sind Schalterbetätigungsvorrichtungen mit einem relativ zu einem Rahmen zwischen einer Ausschaltstellung und einer Einschaltstellung hin und her bewegbaren Stellglied bekannt, in denen das Stellglied in der Einschaltstellung magnetisch und in der Ausschaltstellung mechanisch fixiert ist.

Zum Bewegen des Stellgliedes von der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung wird ein von einer Spule produziertes Magnetfeld genutzt. Die zum Erzeugen des Magnetfeldes nötige elektrische Energie wird in einem Schließkondensator vorgehalten.

Zum Bewegen des Stellgliedes von der Einschalt- in die Ausschaltstellung wird im Wesentlichen die Rückstellkraft von Rückstellfedern genutzt. Die Rückstellfedern werden während des Bewegens des Stellgliedes von der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung gespannt, so dass sie die zum Bewegen des Stellgliedes von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung benötigte Energie im Wesentlichen als mechanische Energie in den Federn vorhalten wird. Lediglich zum Lösen der magnetischen Fixierung ist das Zuführen von Strom zu einer Lösespule nötig, die ein dem fixierenden Magnetfeld entgegenwirkendes Magnetfeld erzeugt. Sobald die Fixierung aufgehoben ist und der Schaltvorgang von den Rückstellfedern getrieben wird, ist kein Stromfluss durch die Lösespule mehr nötig. Die elektrische Energie für die Lösespule wird in einem Trennkondensator vorgehalten, dessen Kapazität deutlich geringer sein kann als die des Schließkondensators.

Wird nun das Stellglied von der Einschaltstellung zunächst in die Ausschaltstellung und daraufhin wieder in die Einschaltstellung geführt, wird zunächst der Trennkondensator und daraufhin auch der Schließkondensator entladen. Soll daraufhin das Stellglied wieder in die Ausschaltstellung bewegt werden, muss zunächst der Trennkondensator wieder mittels einer externen Ladeeinheit aufgeladen werden, was erhebliche Zeit in Anspruch nehmen kann. Eine schnelle OCO-Schaltfolge (Open-Close-Open bzw. Ausschaltung-Einschaltung-Ausschaltung) kann damit nicht gewährleistet werden.

Andere im Stand der Technik bekannte Schalterbetätigungsvorrichtung weisen insbesondere Trennkondensatoren auf, deren Kapazität ein Mehrfaches der zum Überführen des Stellgliedes aus der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung benötigten Ladung aufnehmen kann. Damit ist zwar eine OCO-Schaltfolge ohne zwischenzeitliche Aufladung durch eine externe Ladeeinheit möglich, im Gegenzug jedoch werden bei diesen Steuerschaltungen andere Nachteile in Kauf genommen. Da der Kondensator beim Schalten der Lösespule nicht vollständig entladen wird, muss der Stromkreis aus Kondensator und Spule zum geeigneten Zeitpunkt unterbrochen werden, was das Schalten eines induktiven Stroms erforderlich macht. Weiterhin muss die Spannung des Kondensators überwacht werden, um zu entscheiden, ob die verbleibende Ladung zum Betreiben der Lösespule noch ausreicht.

Schließlich ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, bei Schalterbetätigungsvorrichtungen, wie sie eingangs beschrieben worden sind, zum Überführen des Stellgliedes von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung zwei Trennkondensatoren vorzusehen, wobei bei jeder Trennung in einer OCO-Schaltfolge einer der beiden Trennkondensatoren vollständig entladen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Versorgungsschaltung für eine Schalterbetätigungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schalterbetätigungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Schalterbetätigungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Die erste Aufgabe wird durch eine elektrische Versorgungsschaltung nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine Schalterbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Eine erfindungsgemäße elektrische Versorgungsschaltung für eine Schalterbetätigungsvorrichtung mit einem Stellglied, einem elektromagnetischen Antrieb zum Bringen des Stellgliedes von einer ersten Schaltstellung, etwa der Ausschaltstellung bspw. eines Hochspannungsschalters, in eine zweite Schaltstellung, etwa der Einschaltschaltstellung des beispielhaft genannten Hochspannungsschalters, einer mechanischen Rückstellvorrichtung zum Bringen des Stellgliedes von der zweiten Schaltstellung zurück in die erste Schaltstellung, einer magnetischen Fixiereinheit zum Fixieren des Stellgliedes in der zweiten Schaltstellung und einer elektromagnetischen Lösevorrichtung zum Lösen der Fixierung umfasst:

– einen mit dem elektromagnetischen Antrieb elektrisch verbindbaren ersten Kondensator zum Vorhalten von elektrischer Energie für den elektromagnetischen Antrieb, und
– einen mit der Lösevorrichtung elektrisch verbindbaren zweiten Kondensator zum Vorhalten der von der Lösevorrichtung zum Lösen der Fixierung benötigten elektrischen Energie. In der erfindungsgemäßen Versorgungsschaltung ist zwischen dem ersten Kondensator und zweiten Kondensator eine schaltbare elektrische Verbindung vorhanden.

Die erfindungsgemäße elektrische Versorgungsschaltung ermöglicht es, mit lediglich dem ersten Kondensator als Schließkondensator und dem zweiten Kondensator als einzigem Trennkondensator eine OCO-Schaltfolge in einer Schalterbetätigungsvorrichtung auszuführen, ohne dass zwischen den beiden Ausschaltvorgängen ein Laden des Trennkondensators mittels einer externen Ladeeinheit zu erfolgen braucht und ohne dass der Trennkondensator genügend Ladung für einen zweiten Ausschaltvorgang vorzuhalten braucht. In der erfindungsgemäßen Versorgungsschaltung kann der Trennkondensator nach dem ersten Trennvorgang einer OCO-Schaltfolge über die schaltbare elektrische Verbindung vom ersten Kondensator wieder aufgeladen werden.

Das Nachladen des zweiten Kondensators aus dem ersten Kondensator kann unmittelbar nach dem erstmaligen Entladen des zweiten Kondensators bei einer OCO-Schaltfolge erfolgen, insbesondere vor oder ggf. auch während der Bestromung der Antriebsspule durch den ersten Kondensator. Damit ist die Lösespule innerhalb kürzester Zeit wieder betriebsfähig und ein OCO-Schaltvorgang kann in schneller Abfolge ohne die Notwendigkeit einer zwischenzeitlichen Aufladung des zweiten Kon densators mittels einer externen Ladeeinheit ausgeführt werden.

Um die OCO-Schaltfolge auszuführen genügt es, dass der zweite Kondensator, d.h. der Trennkondensator, mit einer Kapazität ausgestattet ist, die gerade so groß ist, dass sie genau für einen einzigen Lösevorgang ausreicht, und dass der erste Kondensator, d.h. der Schließkondensator, mit einer gerade zum Durchführen eines Schließvorgangs, also zum Bringen des Stellgliedes von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, und einem einmaligen Nachladen des Trennkondensators ausreichenden Kapazität ausgestattet ist.

Zum Laden der Kondensatoren vor einer OCO-Schaltfolge kann die elektrische Versorgungsschaltung eine Ladeeinheit aufweisen, die mit dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator schaltbar verbunden ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Versorgungsschaltung sind ein Schalter, mit dem der erste Kondensator mit der Ladeeinheit verbindbar ist, und ein Schalter, mit dem der erste Kondensator mit dem Antrieb verbindbar ist, vorhanden, welche derart miteinander gekoppelt sind, dass der erste Kondensator nicht gleichzeitig mit der Ladeeinheit und dem Antrieb elektrisch verbunden sein kann. Diese Ausgestaltung dient zum Schutz der Schaltvorrichtung und gewährleistet insbesondere, dass die Ladeeinheit nicht an den Antrieb zu schalten ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Versorgungsschaltung sind ein Schalter, mit dem der zweite Kondensator mit dem ersten Kondensator und/oder der Ladeeinheit verbindbar ist, und ein Schalter, mit dem der zweite Kondensator mit der Lösevorrichtung verbindbar ist, vorhanden, welche derart miteinander gekoppelt sind, dass der zweite Kondensator nicht gleichzeitig mit dem ersten Kondensator oder der Ladeeinheit einerseits und der Lösevorrichtung andererseits elektrisch verbunden sein kann. Diese Ausgestaltung dient zum Schutz der Schaltvorrichtung, insbesondere der Lösevorrichtung, indem sie gewährleistet, dass die Ladeeinheit und der erste Kondensator nicht an die Lösevorrichtung zuschalten sind.

In zweckmäßiger Ausführungsform weist die elektrische Versorgungsschaltung einen zwischen den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator geschalteten Strombegrenzungswiderstand auf. Dieser ist vorteilhafterweise nach der maximalen Einschaltleistung der Kontakte des Schalters sowie dem zulässigen zeitlichen Verzug, mit welchem der zweite Kondensator dem Spannungszustand des ersten Kondensators folgt, ausgelegt.

Um eine Rückspeisung von Ladung vom zweiten Kondensator in den ersten Kondensator zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Versorgungsschaltung einen zwischen den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator geschalteten Gleichrichter aufweist, bzw. eine Diode. Alternativ kann auch ein Schaltelement Verwendung finden, welches den zweiten Kondensator während des Bringens des Stellgliedes von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung vom elektromagnetischen Antrieb getrennt hält.

Eine erfindungsgemäße Schalterbetätigungsvorrichtung, die insbesondere als Betätigungsvorrichtung für einen Hochspannungsschalter ausgestaltet sein kann, umfasst:

– ein Stellglied,
– einen elektromagnetischen Antrieb zum Bereitstellen einer das Stellglied von einer ersten Schaltstellung, etwa der Ausschaltstellung bspw. eines Hochspannungsschalters, in eine zweite Schaltstellung, etwa der Einschaltstellung dieses Hochspannungsschalters, bringenden Schaltkraft,
– eine mechanische Rückstellvorrichtung zum Bereitstellen einer das Stellglied von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung bringenden Rückstellkraft,
– eine magnetische Fixiereinheit zum Bereitstellen einer das Stellglied in der zweiten Schaltstellung fixierenden Fixierkraft und
– eine elektromagnetische Lösevorrichtung zum Bereitstellen einer die Fixierkraft überwindenden Lösekraft.

Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung eine erfindungsgemäße elektrische Versorgungsschaltung.

Die erfindungsgemäße Schalterbetätigungsvorrichtung ermöglicht es, eine OCO-Schaltfolge bei Vorhandensein lediglich eines ersten Kondensators als Schließkondensator und eines zweiten Kondensators als einzigem Trennkondensator in der elektrischen Versorgungsschaltung auszuführen, ohne dass zwischen den beiden Ausschaltvorgängen ein Laden des Trennkondensators mittels einer externen Ladeeinheit zu erfolgen braucht und ohne dass der Trennkondensator genügend Ladung für einen zweiten Ausschaltvorgang vorzuhalten braucht. Näheres hierzu ist bereits mit Bezug auf die erfindungsgemäße elektrische Versorgungsschaltung näher erläutert worden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Schalterbetätigungsvorrichtung umfasst die Lösevorrichtung eine mit dem zweiten Kondensator schaltbar verbundene Lösespule zum Erzeugen eines die Lösekraft aufbringenden Magnetfeldes. Außerdem sind die Kapazität des zweiten Kondensators und die Induktivität der Lösespule derart aufeinander abgestimmt, dass der zweite Kondensator zusammen mit der Lösespule einen elektrischen Schwingkreis bildet, in dem der in der ersten Stromhalbschwingung fließende Strom zum Erzeugen des die Lösekraft aufbringenden Magnetfeldes ausreicht. Auf diese Weise kann die erste Stromhalbschwingung dazu genutzt werden, die im zweiten Kondensator gespeicherte Ladung vollständig an die Lösespule abzugeben. Nach dem Betätigen der Lösespule bleibt daher keine ungenutzte Ladung im Kondensator zurück. Mit anderen Worten, die im zweiten Kondensator gespeicherte elektrischen Energie kann vollständig genutzt werden und der zweite Kondensator braucht nur die zum Betreiben der Lösespule nötige Mindestkapazität aufzuweisen. Zudem ist ein nahezu stromloses Unterbrechen des elektrischen Schwingkreises nach dem Erzeugen des die Lösekraft aufbringenden Magnetfeldes möglich, so dass kein induktiver Strom zu schalten ist.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schalterbetätigungsvorrichtung umfasst der Antrieb eine mit dem ersten Kondensator schaltbar verbundene Antriebsspule zum Erzeugen eines die Schaltkraft aufbringenden Magnetfeldes. Außerdem sind die Kapazität des ersten Kondensators und die Induktivität der Antriebsspule derart aufeinander abgestimmt, dass der erste Kondensator zusammen mit der Antriebsspule einen elektrischen Schwingkreis bildet, in dem der in der ersten Stromhalbschwingung fließende Strom zum Erzeugen des die Schaltkraft aufbringenden Magnetfeldes ausreicht. Auf diese Weise kann die erste Stromhalbschwingung dazu genutzt werden, die im ersten Kondensator gespeicherte Ladung vollständig an die Antriebsspule abzugeben. Nach dem Betätigen der Antriebsspule bleibt daher keine ungenutzte Ladung im ersten Kondensator zurück. Mit anderen Worten, die im ersten Kondensator gespeicherte elektrische Energie kann vollständig genutzt werden und der erste Kondensator braucht nur die zum Betreiben der Antriebsspule und zum einmaligen Nachladen des zweiten Kondensators nötige Mindestkapazität aufzuweisen. Zudem ist ein nahezu stromloses Unterbrechen des elektrischen Schwingkreises nach dem Erzeugen des die Schaltkraft aufbringenden Mag netfeldes möglich, so dass kein induktiver Strom zu schalten ist.

Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Schalterbetätigungsvorrichtung wird der zweite Kondensator nach dem Durchführen eines Lösevorgangs aus dem ersten Kondensator wieder aufgeladen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine OCO-Schaltfolge in einem Schalter auszuführen, die eine elektrische Versorgungsschaltung mit lediglich einem Trennkondensator aufweist, welcher auch nur die Kapazität zum Durchführen eines einzigen Trennvorganges besitzt. Beim ersten Ausschaltvorgang der OCO-Schaltfolge kann der zweite Kondensator (Trennkondensator) vollständig entladen werden, da er vor dem Einschaltvorgang oder ggf. auch während des Einschaltvorgangs vom ersten Kondensator (Schließkondensator) wieder aufgeladen werden kann. Beim zweiten Ausschaltvorgang der OCO-Schaltfolge steht daher der zweite Kondenstor voll geladen wieder zur Verfügung.

Wenn der zweite Kondensator und die Lösespule der Lösevorrichtung und/oder der erste Kondensator und die Antriebsspule des Antriebs einen Schwingkreis bilden, in dem die Kapazität des Kondensators und die Induktivität der Spule geeignet aufeinander abgestimmt sind, und das Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen Spule und Kondensator nach der ersten Halbschwingung des jeweiligen Schwingkreises erfolgt, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein vollständiges Entleeren des entsprechenden Kondensators und ein stromloses Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen der jeweiligen Spule und dem jeweiligen Kondensator möglich.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Schalterbetätigungsvorrichtung mit einem in Einschaltstellung befindlichen Stellglied.
2 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße elektrische Versorgungsschaltung.
Nachfolgend werden mit Bezug auf 1 eine Schalterbetätigungsvorrichtung für einen Hochspannungsschalter als ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schalterbetätigungsvorrichtung und mit Bezug auf 2 die zugehörige elektrische Versorgungsschaltung als ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße elektrische Versorgungsschaltung beschrieben.
Die Schalterbetätigungsvorrichtung umfasst einen feststehenden ferromagnetischen Stator 28 und ein in einer Ausnehmung desselben zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung hin und her bewegbares, als ferromagnetischer Anker ausgebildetes Stellglied 12. Dieses Stellglied 12 weist einen Stellstab 12a auf, mittels welchem der Hochspannungsschalter geöffnet und geschlossen werden kann. In 1 befindet sich das Stellglied 12 in der ersten Schaltstellung, welche im gewählten Ausführungsbeispiel die Einschaltstellung des Hochspannungsschalters darstellt, also diejenige Schaltstellung in welcher der über den Stellstab 12a betätigte Hochspannungsschalter geschlossen ist.
In der Einschaltstellung ist das Stellglied 12 mittels einer in 1 nur schematisch angedeuteten Fixiereinrichtung 30 fixiert. Die Fixiereinrichtung 30 enthält im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Permanentmagneten, der das Stellglied 12 gegen Wirkung von Rückstellfedern 26 und 26' in der Einschaltposition hält. Die Rückstellfedern 26, 26' bilden eine Rückstellvorrichtung zum Überführen des Stellgliedes 12 aus der Einschaltstellung in eine zweite Schaltstellung, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ausschaltstellung des Hochspannungsschalters ist, also diejenige Stellung, in welcher der über den Stellstab 12a betätigte Hochspannungsschalter geöffnet ist.
Die Fixiereinrichtung 30 enthält weiterhin eine magnetische Lösespule 18, mittels welcher die Fixierung des Stellgliedes 12 lösbar ist. Dazu erzeugt die magnetische Lösespule 18 kurzzeitig ein dem Feld des permanentmagnetischen Haltemagneten entgegengesetztes Feld. Durch das kurzzeitige Wegfallen der Haltekraft bewegt sich daraufhin das Stellglied 12 aufgrund der Wirkung der Rückstellfedern 26 und 26' in die Ausschaltstellung (in 1 nach unten). Aus dieser Stellung kann das Stellglied 12 dann wieder mittels einer magnetischen Antriebsspule 14 gegen die Wirkung der Rückstellfedern 26, 26' in die Einschaltstellung bewegt werden.
Schalterbetätigungsvorrichtung mit geeigneten Fixiereinrichtungen sind bspw. in den bereits eingangs genannte Druckschriften EP 0 867 903 B1 und DE 103 09 679 B3 beschrieben. Auf diese Druckschriften wird daher bezüglich geeigneter Ausgestaltungen der Fixiereinrichtung 30 verwiesen.
Die in 2 dargestellte elektrische Versorgungsschaltung umfasst eine magnetische Antriebsspule 14, eine magnetische Lösespule 18, einen zum Bestromen der Antriebsspule 14 an diese schaltbaren ersten Kondensator 10 und einen zum Bestromen der Lösespule 18 an diese schaltbaren zweiten Kondensator 16. Die Kapazität des zweiten Kondensators 16 ist gerade groß genug gewählt, dass sie genau einmal zum Lösen der Fixierung des Stellgliedes 12 ausreicht, die Kapazität des ersten Kondensators 10 gerade so groß, dass sie genau einmal zum Überführen des Stellgliedes 12 von der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung gegen die Rückstellkraft der Rückstellfedern 26, 26' ausreicht und zum Nachladen des zweiten Kondensators 16 genügt. Da beim Überführen des Stellgliedes 12 von der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung gleichzeitig Energie zum Spannen der Rückstellfedern 26, 26' aufzubringen ist, übersteigt die Kapazität des ersten Kondensators 10 die des zweiten Kondensators um ein Mehrfaches, insbesondere um ein Vielfaches.
Weiterhin umfasst die Versorgungsschaltung eine Ladeeinheit 32, sie sowohl an den ersten Kondensator 10 als auch an den zweiten Kondensator 16 schaltbar ist sowie einen Strombegrenzungswiderstand 22 und eine Gleichrichterdiode 24, welche zwischen den ersten Kondensator 10 und den zweiten Kondensator 16 geschaltet sind.
Als Schalter sind ein Nachladerelais 20, ein Relais 34 zum Zuschalten der Ladeeinheit 32, ein Antriebsspulenschaltrelais 36 und ein Lösespulenschaltrelais 38 vorhanden. Das Nachladerelais 20 ist zwischen den zweiten Kondensator 16 und den ersten Kondensator 10, das Relais 34 zum Zuschalten der Ladeeinheit 32 zwischen die Ladeeinheit 32 einerseits und den ersten Kondensator 10 sowie den zweiten Kondensator 16 andererseits, das Antriebsspulenrelais 36 zwischen den ersten Kondensator 10 und die Antriebsspule 14 und das Lösespulerelais 38 zwischen den zweiten Kondensator 16 und die Lösespule 18 geschaltet.
Der erste Kondensator 10 kann zum Bestromen der Antriebsspule 14 über das Antriebesspulenschaltrelais 36 an die Antriebsspule 14 und der zweite Kondensator 16 zum Bestromen der Lösespule 18 über das Lösespulenschaltrelais 38 an die Lösespule 18 geschaltet werden. Außerdem ist der zweite Kondensator 16 zum Nachladen über das Nachladerelais 20, den Strombegrenzungswiderstand 22 und die Gleichrichterdiode 24 an den ersten Kondensator 10 zu schalten. Der erste Kondensator 10 und der zweite Kondensator 16 können zudem jeweils zum Laden über das Relais 34 an die Ladeeinheit 32 angeschlossen werden. Im Falle des zweiten Kondensators 16 ist zum Laden über die Ladeeinheit 32 auch das Nachladerelais 20 zu schließen.
Das Antriebsspulenschaltrelais 36 und das Relais 34 zum Zuschalten der Ladeeinheit 32 sind derart miteinander gekoppelt, dass sie nicht gleichzeitig geschlossen sein können. Dadurch soll ein direkter Stromfluss von der Ladeeinheit 32 in die Antriebsspule 14 vermeiden werden. Ebenso sind das Nachladerelais 20 und das Lösespulenschaltrelais 38 derart miteinander gekoppelt, dass sie nicht gleichzeitig geschlossen sein können. Dadurch soll ein direkter Stromfluss von der Ladeeinheit 32 oder dem ersten Kondensator 10 in die Lösespule 18 vermeiden werden.
Die Steuerschaltung ist darauf ausgelegt, eine so genannte OCO-Schaltfolge (Open-Close-Open bzw. Ausschaltung-Einschaltung-Ausschaltung) auszuführen. Dazu werden im ersten Schritt einer derartigen Schaltfolge der erste Kondensator 10 und der zweite Kondensator 16 von der Ladeeinheit 32 durch Schließen des Relais 34 sowie des Nachladerelais 20 geladen.
Im zweiten Schritt wird das Relais 34 geöffnet, und das Lösespulenschaltrelais 38 wird geschlossen. Daraufhin fließt die im zweiten Kondensator 16 gespeicherte Ladung in die magneti sche Lösespule 18 ab, was zu einem die Fixierung des sich in der Einschaltstellung befindlichen Stellgliedes 12 lösenden Magnetfeld führt. Das Lösen hat eine Verschiebung des Stellgliedes 12 von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung auf Grund der in den Rückstellfedern 26 bzw. 26' gespeicherten mechanischen Energie zur Folge.
Bei geschlossenem Lösespulenschaltrelais 38 bilden der zweite Kondensator 16 und die Lösespule 18 einen elektrischen Schwingkreis, wobei die Ladung unter Ausnutzung der ersten Stromhalbschwingung des Schwingkreises aus dem zweiten Kondensator 16 in die Lösespule 18 abfließt. Die Kondensatorladung kann auf diese Weise vollständig genutzt werden, so dass praktisch keine Restladung nach dem Schaltvorgang im zweiten Kondensator 16 verbleibt. Es ist so eine nahezu stromlose Unterbrechung des elektrischen Schwingkreises durch Öffnen des Lösespulenschaltrelais 38 nach dem Schaltvorgang möglich.
Im dritten Schritt wird das Lösespulenschaltrelais 38 wieder geöffnet und das Nachladerelais 20 geschlossen, woraufhin der zweite Kondensator 16 vom ersten Kondensator 10 wieder vollständig aufgeladen wird. Der zweite Kondensator 16 ist daher vor dem Einschaltvorgang wieder vollständig aufgeladen, so dass nach dem Einschaltvorgang sofort ein weiterer Ausschaltvorgang durch Betreiben der Lösespule 18 mittels des zweiten Kondensators 16 folgen kann. Auf Grund der für die beiden Kondensatoren gewählten Kapazitäten bleibt im ersten Kondensator 10 nach dem Nachladen des zweiten Kondensators 16 noch immer genügend Ladung zum Ausführen einen Einschaltvorgangs übrig.
Im Hinblick auf das Nachladerelais 20 ist der Strombegrenzungswiderstand 22 nach der maximalen Einschaltleistung des Kontakts des Relais 20 sowie des zulässigen zeitlichen Ver zugs, mit welchem der zweite Kondensator 16 dem Spannungszustand des ersten Kondensators 10 folgt, ausgelegt. Eine Rückspeisung elektrischer Energie vom zweiten Kondensator 16 in den ersten Kondensator 10 wird von der Gleichrichterdiode 24 verhindert.
Im vierten Schritt wird das Antriebsspulenschaltrelais 36 geschlossen. Dadurch wird die magnetische Antriebsspule 14 aus dem ersten Kondensator 10 derart mit Ladung versorgt, dass das Stellglied 12 gegen die Wirkung der Rückstellfedern 26 und 26' in die Einschaltstellung bewegt wird.
Bei geschlossenem Antriebspulenschaltrelais 36 bilden der erste Kondensator 10 und die Antriebsspule 14 einen elektrischen Schwingkreis, wobei die Ladung unter Ausnutzung der ersten Stromhalbschwingung des Schwingkreises aus dem ersten Kondensator 10 abfließt. Auf diese Weise kann die Kondensatorladung vollständig genutzt werden, so dass praktisch keine Restladung nach dem Schaltvorgang im ersten Kondensator 10 verbleibt. Es ist so eine nahezu stromlose Unterbrechung des elektrischen Schwingkreises durch Öffnen des Antriebspulenschaltrelais 36 nach dem Schaltvorgang möglich.
Nach Beendigung des Einschaltvorganges kann auf Grund des zuvor nachgeladnen zweiten Kondensators 16 sofort ein Ausschaltvorgang erfolgen, wie er im Schritt Nummer zwei beschrieben worden ist.

10: Kondensator
12: Stellglied
12a: Stellstab
14: magnetische Antriebsspule
16: Kondensator
18: magnetische Lösespule
20: Nachladerelais
22: Strombegrenzungswiderstand
24: Gleichrichterdiode
26: erste Rückstellfeder
26': zweite Rückstellfeder
28: Stator
30: Fixiereinrichtung
32: Ladeeinheit
34: Relais zum Zuschalten der Ladeeinheit
36: Antriebsspulenschaltrelais
38: Lösespulenschaltrelais

Claims

Elektrische Versorgungsschaltung für eine Schalterbetätigungsvorrichtung mit einem Stellglied (12), einem elektromagnetischen Antrieb (14) zum Bringen des Stellgliedes (12) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung, einer mechanischen Rückstellvorrichtung (26, 26') zum Bringen des Stellgliedes (12) von der zweiten Schaltstellung zurück in die erste Schaltstellung, einer magnetischen Fixiereinheit (30) zum Fixieren des Stellgliedes (12) in der zweiten Schaltstellung und einer elektromagnetischen Lösevorrichtung (18) zum Lösen der Fixierung, welche umfasst: – einen mit dem elektronmagnetischen Antrieb (14) elektrisch verbindbaren ersten Kondensator (10) zum Vorhalten von elektrischer Energie für den elektromagnetischen Antrieb (14), und – einen mit der Lösevorrichtung (18) elektrisch verbindbaren zweiten Kondensator (16) zum Vorhalten der von der Lösevorrichtung (18) zum Lösen der Fixierung benötigten elektrischen Energie, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kondensator (10) und zweiten Kondensator (16) eine schaltbare elektrisch Verbindung vorhanden ist.
Elektrische Versorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladeeinheit (32) vorhanden ist, die mit dem ersten Kondensator (10) und dem zweiten Kondensator (16) schaltbar verbunden ist.
Elektrische Versorgungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (34), mit dem der erste Kondensator (10) mit der Ladeeinheit (32) verbindbar ist, und ein Schalter (36), mit dem der erste Kondensator (10) mit dem Antrieb (14) verbind bar ist, vorhanden sind und dass die beiden Schalter (34, 36) derart miteinander gekoppelt sind, dass der erste Kondensator (10) nicht gleichzeitig mit der Ladeeinheit (32) und dem Antrieb (14) elektrisch verbunden sein kann.
Elektrische Versorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (20), mit dem der zweite Kondensator (16) mit dem ersten Kondensator (10) und/oder der Ladeeinheit (32) verbindbar ist, und ein Schalter (38), mit dem der zweite Kondensator (16) mit der Lösevorrichtung (18) verbindbar ist, vorhanden sind und dass die beiden Schalter (20, 38) derart miteinander gekoppelt sind, dass der zweite Kondensator (16) nicht gleichzeitig mit dem ersten Kondensator (10) oder der Ladeeinheit (32) einerseits und der Lösevorrichtung (18) andererseits elektrisch verbunden sein kann.
Elektrische Versorgungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen den ersten Kondensator (10) und den zweiten Kondensator (16) geschalteten Strombegrenzungswiderstand (22).
Elektrische Versorgungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen den ersten Kondensator (10) und den zweiten Kondensator (16) geschalteten Gleichrichter (24).
Elektrische Versorgungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensator (16) eine Kapazität aufweist, die gerade so groß ist, dass sie genau für einen einzigen Lösevorgang ausreicht, und dass der erste Kondensator (10) mit einer gerade zum Bringen des Stellgliedes (12) von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und zum einmaligen Nachladen des zweiten Kondensators (16) ausreichenden Kapazität ausgestattet ist.
Schalterbetätigungsvorrichtung mit – einem Stellglied (12), – einem elektromagnetischen Antrieb (14) zum Bereitstellen einer das Stellglied (12) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bringenden Schaltkraft, – einer mechanischen Rückstellvorrichtung (26, 26') zum Bereitstellen einer das Stellglied (12) von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung bringenden Rückstellkraft, – einer magnetischen Fixiereinheit (30) zum bereitstellen einer das Stellgliedes (12) in der zweiten Schaltstellung fixierenden Fixierkraft und – einer elektromagnetischen Lösevorrichtung (18) zum Bereitstellen einer die Fixierkraft überwindenden Lösekraft, gekennzeichnet durch eine elektrische Versorgungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche
Schalterbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösevorrichtung eine mit dem zweiten Kondensator (16) schaltbar verbundene Lösespule (18) zum Erzeugen eines die Lösekraft aufbringenden Magnetfeldes umfasst und dass die Kapazität des zweiten Kondensators (16) und die Induktivität der Lösespule (18) derart aufeinander abgestimmt sind, dass der zweite Kondensator (16) zusammen mit der Lösespule (18) einen elektrischen Schwingkreis bildet, in dem der in der ersten Stromhalbschwingung fließende Strom zum Erzeugen des die Lösekraft aufbringenden Magnetfeldes ausreicht.
Schalterbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, d dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine mit dem ersten Kondensator (10) schaltbar verbundene Antriebesspule (14) zum Erzeugen eines die Schaltkraft aufbringenden Magnetfeldes umfasst und dass die Kapazität des ersten Kondensators (10) und die Induktivität der Antriebsspule (14) derart aufeinander abgestimmt sind, dass der erste Kondensator (10) zusammen mit der Antriebsspule (14) einen elektrischen Schwingkreis bildet, in dem der in der ersten Stromhalbschwingung fließende Strom zum Erzeugen des die Schaltkraft aufbringenden Magnetfeldes ausreicht.
Verfahren zum Betreiben einer Schalterbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensator (16) nach dem Durchführen eines Lösevorgangs aus dem ersten Kondensator (10) wieder aufgeladen wird.
Verfahren nach zum Betreiben einer Schalterbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen der Lösespule (18) und dem zweiten Kondensator (16) oder zwischen der Antriebsspule (14) und dem ersten Kondensator (10) nach der ersten Halbschwingung des jeweiligen Schwingkreises erfolgt.