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Schlüsseltransfersysteme werden üblicherweise in Verbindung mit beweglichen trennenden Schutzeinrichtungen verwendet, die den Schutz von Personen, Gütern, Maschinen, oder Anlagen dienen.
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Im Stand der Technik existieren zwei Möglichkeiten eine Maschine mittels eines Schlüsseltransfersystems abzuschalten. Während beim sogenannten „control interlocking”, welches bekannt ist aus dem Patent „Schlüsseltransferschalter System und Methode”
EP 1 984 932 B1 der Abschaltvorgang elektrisch über eine Steuerungsebene realisiert wird, wirkt die Verriegelung beim „power interlocking” oder „Verriegelung im Leistungsteil” direkt auf einen manuell zu betätigenden Lasttrennschalter oder anderes Leistungstrennsystem, dessen Energiequelle zum Beispiel Elektrizität, Hydraulik, Pneumatik oder Dampf sein kann.
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Bei dieser schon lange praktizierten Form des Abschaltens wird der Lasttrennschalter oder ein anderes Trennsystem direkt von einem Schloss verriegelt. Üblicherweise erfolgt die Verriegelung im ausgeschalteten Zustand, wobei bei bestimmten Anwendungsfällen (z. B. Erdungsschalter) eine Verriegelung auch im eingeschalteten oder sogar in beiden Schaltzuständen erfolgen (können) muss.
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Die Verriegelung der Schalter kann mittels eines Bolzenschlosses, einem eingebauten Schlossmechanismus oder direkt durch einen mittels Schlüssel bedienten Schaltermechanismus realisiert werden.
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Ein derartiger Stand der Technik ist bekannt aus dem Patent
US 1458520 (A) mit Prioritätsdatum 18. August 1922 von J. H. Castell.
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Bei sehr alten Systemen werden zusätzliche Funktionen wie Zeitverzögerungen, Stillstands- oder sonstige Überwachungen von separaten Schlüsseltransfereinheiten wahrgenommen. Die Verbindung zwischen den Einheiten erfolgt hier durch einen Schlüsselaustausch, wobei der Schlüssel von einem mechanischen Verzögerungsmechanismus („mechanische Eieruhr”) oder einem Elektromagneten freigegeben wird.
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Bei moderneren Systemen können Elektromagnete auch direkt am z. B. Lasttrennschalter angebracht sein, wobei die Bedienung dieser Schalter üblicherweise direkt mittels eines Schlüssels erfolgt. Hierdurch kann der Lasttrennschalter erst nach Ansteuern des Elektromagneten bedient werden. Durch den geringen Abstand zu den Kontakten ist diese Bauart jedoch anfällig gegen elektromagnetische Beeinflussung, weshalb diese Schalter nur für niedrige Lasten geeignet sind.
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Im Allgemeinen sind diese Arten von Verriegelungen mechanisch einkanalig aufgebaut, wodurch ein einzelner Fehler zum Versagen der Funktion führen kann.
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Dieser gravierende Nachteil wird erfindungsgemäß durch eine Verriegelungsanordnung mit einer Überwachungsfunktion vermieden, die in der Lage ist, mechanische Fehler zu erkennen. Die hieraus resultierende Aufgabe wird gelöst durch eine Verriegelungsanordnung für ein Leistungstrennsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachstehen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung der in 7 komplett dargestellten Verriegelungsanordnung, entsprechend dem Schnittverlauf A-A
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2 eine vergrößerte Einzelheit B aus 1, aus welcher der innere Aufbau des Schaltermoduls (Schlüsseltransfersystems) sowie dessen Zusammenwirkung mit dem drehbaren Bolzen hervorgeht
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3 eine Seitenansicht in Richtung E der in 7 dargestellten Verriegelungsanordnung, ergänzt um die Schaltschrankwand als Einbaubeispiel
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4 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Verriegelungsmechanismus, bestehend aus der Verriegelungsscheibe, dem drehbaren Bolzen und den Distanzhülsen
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5 eine perspektivische, vergrößerte Teilansicht aus der 8, als Einzelheit C
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6 eine perspektivische Darstellung der Verriegelungsscheibe
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7 eine Frontansicht der kompletten, einbaufertigen Verriegelungsanordnung mit Anschlusskabel
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8 eine perspektivische Darstellung des Verriegelungsmechanismus gemäß 4, mit Montagevorrichtung
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9 eine schematische Darstellung der kompletten Verriegelungsanordnung im Zusammenwirken mit einem Verbraucher und einem NOT-AUS-Schaltgerät, als elektrisches Schaltbild
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In der erfindungsgemäßen Lösung wird die Marktanforderung entsprechend an einem handelsüblichen unveränderten Lasttrennschalter, Ventil, oder anderem Leistungstrennsystem (
1), eine Verriegelungsscheibe (
2) formschlüssig an der Antriebsachse (
3) des Leistungstrennsystems (
1) angebracht. Diese kann mittels eines Schlossmechanismus (
4), welcher Bestandteil eines Schlüsseltransfersystems ist und welcher bekannt ist aus Patent
EP 1 984 932 B1 , mit einem drehbaren Bolzen (
5) in einer festgelegten Stellung arretiert (gesperrt) werden. Dieser drehbare Bolzen (
5) kann auch bezeichnet werden als eine Achse. Der Schlossmechanismus kann Bestandteil eines modularen Schlüsseltransfersystems sein, kann jedoch auch maßgeschneidert für diese Lösung hergestellt sein, oder Bestandteil eines Schlüsseltransfersystems sein, welcher aus einzelnen Einheiten aufgebaut ist.
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Das Leistungstrennsystem (1) und der Schlossmechanismus (4) können in einer Ausführungsform auf einer Montagevorrichtung (6) montiert werden.
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Über eine Klauenkupplung (7) wird der drehbare Bolzen (5) formschlüssig mit der oberen Klauenkupplung (8) der Hauptachse (9) des Schlossmechanismus (4) verbunden und somit in beiden Rotationsrichtungen zwangsgeführt angetrieben. Am anderen Ende des drehbaren Bolzens (5) befinden sich zwei Stifte (10), welche in die Nut (11) am Aussendurchmesser der Verriegelungsscheibe (2) greifen.
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Die Nut (11) verläuft über einen Winkel, welcher gleich dem Drehwinkel des Leistungstrennsystems (1) ist und im vorliegenden Fall 90°beträgt. Die Breite sowie die Tiefe der Nut (11) sind so gewählt, dass bei Betätigung des Leistungstrennsystems (1) über den Betätigungshebel (12) die Verriegelungsscheibe (2) frei entlang der Stifte (10) rotieren kann, sofern sich der drehbare Bolzen (5) in der richtigen Lage befindet. Die Nut (11) ist schmal genug, um eine Rotation des drehbaren Bolzens (5) zu blockieren. Eine Rotation des drehbare Bolzens (5) ist lediglich in einer definierten Stellung der Verriegelungsscheibe (2) möglich, an welcher die Nut (11) eine entsprechende Verbreiterung (13) aufweist. Diese Stellung entspricht der üblicherweise ausgeschalteten Position des Leistungstrennsystems (1), mit dessen Antriebsachse (3) die Verriegelungsscheibe (2) formschlüssig und unlösbar verbunden ist. Die Rotation des Betätigungshebels (12) wird somit direkt auf die Verriegelungsscheibe (2) übertragen, folglich rotiert die Verriegelungsscheibe (2) beim Bedienen des Betätigungshebels (12) zwangsläufig mit.
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Die Hauptachse (9) ist Bestandteil des Schlossmechanismus (4), welcher auch die Kurvenscheiben (14) beinhaltet. Die Kurvenscheiben (14) bewirken beim Ziehen oder Stecken des Schlüssels (15) zwangsläufig eine Rotation der Hauptachse (9). Da die Hauptachse (9) über die obere Klauenkupplung (8) formschlüssig mit der Klauenkupplung (7) des drehbaren Bolzens (5) verbunden ist, dreht sich diese beim Bedienen des Schlüssels (15) zwangsläufig mit.
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Dieser Mechanismus bewirkt zusammen mit der Verriegelungsscheibe (2) und der zugehörigen Nut (11) mit Verbreiterung (13), dass das Leistungstrennsystem (1) im definierten Zustand durch Entnehmen des Schlüssels (15) verriegelt und gegen das Wiedereinschalten gesichert wird, und dass in eingeschaltetem Zustand der Schlüssel (15) nicht gezogen werden kann. Der verriegelte Zustand wird bewirkt durch die Stifte (10) die in der Verbreiterung (13) gedreht sind und dadurch nicht in die Nut (11) geführt werden können. Im Wesentlichen bilden Verriegelungsscheibe (2), drehbarer Bolzen (5) und Schlossmechanismus (4) eine mechanische Sperrvorrichtung.
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Durch Verbindung des Schlossmechanismus (
4) mit einem Schaltermodul (
16) über eine formschlüssige untere Klauenkupplung (
17), welche Bestandteil von der Hauptachse (
9) und der Schaltachsenklauenkupplung (
18) ist, wird eine zusätzliche Überwachung der Schlüsselposition ermöglicht, welche bekannt ist aus
EP 1 984 932 B1 . Das Schaltermodul (
16) ist dazu ausgeführt mit einer Schaltachse (
23), von welcher der Schaltachsenklauenkupplung (
18) ein fester Bestandteil ist. Die Stellung der Schaltachse (
23) ist durch die formschlüssige Verbindung zwischen der Schaltachsenklauenkupplung (
18) und der unteren Klauenkupplung (
17) der Hauptachsen (
9) vom Schlossmechanismus vorgegeben. Die Stellung der Schaltachse (
23) wird von wenigstens einem Sicherheitskontakt (
21) abgefragt und bildet damit eine elektrische Stellungsüberwachung des Schlossmechanismus (
4). Durch gleichzeitige Abfrage der Schaltstellung eines der Hilfskontakte des Leistungstrennsystems (
1) und des Sicherheitskontaktes (
21) des Schlossmechanismus (
4) kann eine Überwachungsfunktion der ordnungsgemäßen Funktion des Leistungstrennsystems und der mechanischen Sperrvorrichtung aufgebaut werden.
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Weiterführend kann das Schaltermodul (
16) zusätzlich mit einem Elektromagnet mit Sperrvorrichtung (
19) ausgeführt werden, welche auch bekannt ist aus dem Patent
EP 1 984 932 B1 . Der Elektromagnet mit Sperrvorrichtung ist beweglich von einer ersten gesperrten Position in eine zweite entsperrte Position. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass der Schlüssel (
15) erst nach Erreichen eines definierten Anlagenzustandes freigegeben werden kann, durch Bewegen von dem Elektromagnet von der ersten Position, in welcher der Schlüssel gesperrt ist, in die zweite Position, in welcher der Schlüssel entsperrt ist.
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In 9 ist eine schematische Darstellung des in den 1 bis 8 dargestellten Mechanismus gezeigt. Bei Bedienen des Betätigungshebels (12) werden die stromführenden Kontakte des Leistungstrennsystems (1) geöffnet. Gleichzeitig wird ein Hilfskontakt (20), welcher Bestandteil des Leistungstrennsystems (1) ist, geschlossen. Durch diesen Hilfskontakt (20), über den der Elektromagnet mit Sperrvorrichtung (19) mit Hilfsspannung L+ und L– versorgt wird, wird der Elektromagnet mit Sperrvorrichtung (19) angesteuert. Hierdurch wird der Schlossmechanismus (4) entriegelt, wodurch dann, wenn auch die Verriegelungsscheibe (2) in der vorgesehenen Stellung steht, der Schlüssel (15) entnommen werden kann.
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Die von dem Elektromagneten mit Sperrvorrichtung (19) betätigten Kontakte (22) können als Überwachungskontakte in einen Überwachungsstromkreis eingebunden werden.
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Vorteil dieser Lösung ist, dass der Schlüssel (15) nur freigegeben werden kann, wenn sowohl das Leistungstrennsystem (1) in einem definierten Zustand steht und auch der Elektromagnet mit Sperrvorrichtung (19) angesteuert wird. Hierdurch entsteht eine mechanische Redundanz der Sperrstellung des Schlüssels und eine Überwachungsfunktion, welche in der Lage ist mechanische Fehler in der Verbindung zwischen Betätigungshebel (12), Antriebsachse (3) und Leistungstrennsystem (1) festzustellen. Durch Hinzufügen von weiteren Überwachungskontakten am Leistungstrennsystem (1) als auch am Elektromagnet mit Sperrvorrichtung (19) können weitere Überwachungsfunktionen geschaffen werden. Der Aufbau der mechanischen Sperrvorrichtung mit Hilfe von einer Verriegelungsscheibe mit Nut in Kombination mit dem drehbaren Bolzen mit Stiften gewährleistet auch, dass die Verriegelungsscheibe (2) beim Versagen der Montage auf der Antriebsachse (3) die Verriegelungsscheibe (2) sich nicht axial bewegen kann und deshalb auch nicht zu einem Funktionsverlust der Sperrvorrichtung führen kann.
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In Ausführungen ohne zusätzlichen Elektromagnet, aber mit einem Sicherheitskontakt, welcher die Stellung des Schlosses abfragt, kann ein mechanisches Versagen der Sperrvorrichtung oder des Leistungstrennsystems elektrisch über eine Kombination von Hilfskontakten von dem Leistungstrennsystem (1) und Sicherheitskontakt (21) des Schlossmechanismus überwacht werden. Ein weiterer Vorteil ist der modulare Aufbau. Da die einzelnen Funktionen wie Schalter mit Zuhaltefunktion als ein Modul im selben Gehäuse zusammengebaut sind, können diese Module so gestaltet werden, z. B. durch die Auswahl der Werkstoffe, dass die innenliegenden elektrischen und elektronischen Bauteile gegen die Einwirkung von elektromagnetischen Störfeldern, welche beim Schalten des Leistungstrennsystems (zum Beispiel eines Lasttrennschalters) entstehen können, geschützt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leistungstrennsystem, wie Ventil, Lasttrennschalter, u. dgl.
- 2
- Verriegelungsscheibe
- 3
- Antriebsachse
- 4
- Schlossmechanismus
- 5
- drehbarer Bolzen
- 6
- Montagevorrichtung
- 7
- Klauenkupplung
- 8
- obere Klauenkupplung
- 9
- Hauptachse
- 10
- Stifte
- 11
- Nut
- 12
- Betätigungshebel
- 13
- Verbreiterung
- 14
- Kurvenscheiben
- 15
- Schlüssel
- 16
- Schaltermodul, Schlüsseltransfersystem
- 17
- untere Klauenkupplung
- 18
- Schaltachsenklauenkupplung
- 19
- Elektromagnet mit Sperrvorrichtung
- 20
- Hilfskontakt des Lasttrennschalters
- 21
- Sicherheitskontakt
- 22
- Kontakte durch Magnet 19 betätigt
- 23
- Schaltachse
- 24
- Sicherungsring
- 25
- Schaltschrankwand
- 26
- Frontplatte
- 27
- Abdeckkappe mit Loch
- 28
- Distanzhülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1984932 B1 [0002, 0020, 0026, 0027]
- US 1458520 (A) [0005]
