DE102019122978A1 - Elektrischer Fernantrieb zur Betätigung einer Schalteinrichtung einer elektrischen Anlage sowie Fernantriebs-Anordnung - Google Patents

Elektrischer Fernantrieb zur Betätigung einer Schalteinrichtung einer elektrischen Anlage sowie Fernantriebs-Anordnung Download PDF

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Abstract

Der erfindungsgemäße Fernantrieb umfasst ein Trägerelement, welches für eine normgemäße Montage an einer Hutschiene ausgelegt ist. Auf dem Trägerelement sind gegenüberliegend zwei als Elektromagnete ausgeführte Aktuatoren angeordnet, die mit ihren jeweiligen stabförmigen Ankern wechselweise auf einen verschiebbar gelagerten Schlitten einwirken. Der Schlitten weist mittig eine Durchführung zur Aufnahme eines ersten Hebelarms eines Kipphebels auf. Der Kipphebel ist um eine Kipphebel-Drehachse schwenkbar, die parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene und zumindest näherungsweise durch einen Drehpunkt eines Schaltknaufs der zu betätigenden Schalteinrichtung verläuft. An einem zweiten Hebelarm des Kipphebels ist parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene eine Mitnehmerschiene angebracht, in die seitlich des zweiten Hebelarms der Schaltknauf der Schalteinrichtung eingreift. Bei einer durch die Aktivierung eines der Elektromagneten bewirkten Verschiebung des Schlittens wird der Kipphebel umgeworfen, wodurch zugleich der Schaltknauf der Schalteinrichtung betätigt wird.In einer erfindungsgemäßen Fernantriebs-Anordnung können zwei der erfindungsgemäßen Fernantriebe nebeneinander auf einer Hutschiene angeordnet und mit einem Verriegelungsmechanismus versehen werden. Alternativ können die zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Fernantrieb zur Betätigung einer an einer Hutschiene montierten Schalteinrichtung einer elektrischen Anlage sowie eine Fernantriebs-Anordnung.
  • Eine sichere und zuverlässige Stromversorgung bildet die Grundvoraussetzung für einen reibungslosen und wirtschaftlichen Betrieb im privaten, im öffentlichen sowie insbesondere in einem industriellen Umfeld. Dabei erfordert die zunehmende Komplexität elektrischer Anlagen angemessene Schutzmaßnahmen, um die Anforderungen an die Ausfallsicherheit und die elektrische Sicherheit zu erfüllen.
  • Für einen normgerechten Aufbau und zur Überwachung der Stromversorgung ist die elektrische Anlage mit Schalteinrichtungen wie beispielsweise Überstrom-Schutzeinrichtungen, Leistungsschaltern oder Lasttrennschaltern versehen. Im Hinblick auf die Anlagenverfügbarkeit und die elektrische Sicherheit muss die elektrische Anlage auch dann noch steuerbar sein, wenn ein Teil der Stromversorgung, beispielsweise bei dem Ausfall eines Teilnetzes, nicht mehr gewährleistet ist.
  • Durch den getrennten Aufbau zwischen der Schalteinrichtung einerseits und einem Antrieb für die Schalteinrichtung andererseits kann somit das Umschalten der Schalteinrichtung mittels eines aus der Entfernung betriebenen Antrieb (Fernantrieb) in Verbindung mit einer unabhängigen und entfernt zur Verfügung stehenden Stromquelle durchgeführt werden.
  • Insbesondere in medizinisch genutzten Bereichen werden in der Norm VDE 0100-710 über die Isolationsüberwachung hinaus weitere Anforderungen an das Stromversorgungssystem, insbesondere auch an die Schalteinrichtungen gestellt. So sind beispielsweise bei einem Spannungsausfall Umschaltzeiten kleiner als 500 ms zu erfüllen.
  • Aus dem Stand der Technik sind Fernantriebe zur Umschaltsteuerung bekannt, die auf Elektromotoren als Aktuator beruhen, jedoch nicht die normativ geforderten Umschaltzeiten erfüllen. Weiterhin sind Fernantriebe verfügbar, die zwar Elektromagnet-gesteuerte Aktuatoren aufweisen, die aber nur von einer einzigen Steuerspannungsquelle angesteuert werden und somit nicht die erforderliche Ausfallsicherheit gewährleisten. Auch sind darüber hinaus schnell schaltende Fernantriebe bekannt, die mit einem Federspeicher oder Elektromagneten arbeiten; diese weisen jedoch eine sehr komplexe Mechanik auf und sind wegen ihrer Größe ungeeignet für eine Hutschienenmontage.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Fernantrieb für eine an einer Hutschiene montierte Schalteinrichtung zu konstruieren, der kompakt und einfach aufgebaut ist, normgerechte und schnelle Umschaltzeiten aufweist sowie von mindestens zwei unabhängigen Energiequellen gespeist werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Fernantrieb zur Betätigung einer an einer Hutschiene montierten Schalteinrichtung einer elektrischen Anlage gemäß den Merkmalen in Anspruch 1.
  • Der erfindungsgemäße Fernantrieb umfasst ein Trägerelement, welches für eine normgemäße Montage an einer Hutschiene ausgelegt ist. Der Fernantrieb kann somit unmittelbar neben die zu betätigenden Schalteinrichtungen als Zusatzfunktion montiert werden.
  • Auf dem Trägerelement sind gegenüberliegend zwei als Elektromagnete ausgeführte Aktuatoren angeordnet, die mit ihren jeweiligen stabförmigen Ankern wechselweise auf einen verschiebbar gelagerten Schlitten einwirken. Der Schlitten weist mittig eine Durchführung zur Aufnahme eines ersten Hebelarms eines Kipphebels auf. Der Kipphebel ist um eine Kipphebel-Drehachse schwenkbar, die parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene und zumindest näherungsweise durch einen Drehpunkt eines Schaltknaufs der zu betätigenden Schalteinrichtung verläuft. An einem zweiten Hebelarm des Kipphebels ist parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene eine Mitnehmerschiene angebracht, in die seitlich des zweiten Hebelarms der Schaltknauf der Schalteinrichtung eingreift. Bei einer durch die Aktivierung eines der Elektromagneten bewirkten Verschiebung des Schlittens wird der Kipphebel umgeworfen, wodurch zugleich der Schaltknauf der Schalteinrichtung betätigt wird.
  • Durch die zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, galvanisch getrennten Aktuatoren ist deren Speisung aus zwei voneinander unabhängigen Stromversorgungsnetzen möglich. Darüber hinaus arbeiten die Elektromagnete sehr schnell und erlauben damit normgemäß kurze Umschaltzeiten. Die Elektromagnete sind bevorzugt als Zugmagnete ausgeführt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Mitnehmerschiene als U-Profil ausgebildet.
  • Das U-Profil gewährleistet eine hinreichende Stabilität, wobei die Verwindungssteifheit der Mitnehmerschiene eine passgenaue Kraftübertragung auf den Schaltknauf sicherstellt.
  • Weiterhin ist die Mitnehmerschiene zur Anpassung an die Bewegung des Schaltknaufs radial verstellbar angebracht.
  • Um ein zuverlässiges Zusammenwirken des Fernantriebs mit unterschiedlichen Schalteinrichtungen zu garantieren, ist die Mitnehmerschiene radial verstellbar angebracht, sodass durch diese mechanische Anpassung eine möglichst spielfreie Mitnahme des Schaltknaufs gewährleistet ist.
  • Bevorzugt weist die Mitnehmerschiene in ihrer Längsrichtung eine solche Ausdehnung auf, dass die Betätigung mehrerer auf der Hutschiene nebeneinander montierter Schalteinrichtungen möglich ist.
  • Der erfindungsgemäße Fernantrieb eignet sich damit zur gleichzeitigen Umschaltung mehrerer nebeneinander auf der Hutschiene angeordneter Schalteinrichtungen.
  • Weiterhin kann das Trägerelement zur Vereinfachung der Hutschienenmontage einen lösbaren Hutschienen-Clip aufweisen. Somit ist eine schnelle Montage an einer normgemäßen Hutschiene beispielsweise in einem 45-mm-Ausschnitt möglich.
  • In einer erfindungsgemäßen Fernantriebs-Anordnung nach Anspruch 6 können zwei der erfindungsgemäßen Fernantriebe nebeneinander auf einer Hutschiene angeordnet und mit einem Verriegelungsmechanismus versehen werden. Durch die Verriegelung eines der beiden Schlitten bei Bewegung des jeweils anderen Schlittens wird eine gleichzeitige Ingangsetzung beider Fernantriebe verhindert.
  • Somit ist bei der Verwendung von zwei Fernantrieben und zwei Schalteinrichtungen mit dem erfindungsgemäßen Verriegelungsmechanismus die Forderung erfüllt, dass es zur Realisierung eines Netzumschalters nach der Norm IEC 60947-6-1 nicht möglich sein soll, zwei Stromnetze zusammenzu schalten.
  • Insbesondere in Verbindung mit zwei Schalteinrichtungen, die beispielsweise eine Umschalteinrichtung zum wechselweisen Zuschalten oder Trennen oder zur vollständigen Trennung von zwei Stromversorgungsnetzen bilden, erweist sich die erfindungsgemäße Fernantriebs-Anordnung als zuverlässige und kompakte Lösung.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verriegelungsmechanismus weist dieser in Verbindung mit dem Fernantrieb des Typs Schlitten ein Verriegelungselement in Form eines rechtwinkligen Winkelprofils auf, welches um eine Verriegelungsdrehachse, die senkrecht zur Ebene der Hutschiene steht, drehbar angeordnet ist. Bei Verschieben eines der Schlitten aus der AUS-Stellung in die EIN-Stellung stößt dabei eine Frontfläche des Schlittens gegen eine der Seitenflächen des Winkelprofils und dreht das Winkelprofil so weit, dass durch Anlegen der anderen Seitenfläche des Winkelprofils gegen eine Frontfläche des anderen Schlittens eine Bewegung dieses anderen Schlittens in die EIN-Stellung blockiert wird.
  • Durch die Blockierung des jeweils anderen Fernantriebs ist sichergestellt, dass nicht beide Fernantriebe gleichzeitig die jeweils betätigte Schalteinrichtung einschalten.
  • Mit Vorteil kann der Verriegelungsmechanismus als eigenständige bauliche Einheit zur Montage an einer Hutschiene ausgeführt sein, wobei diese bauliche Einheit aus einem Rahmenteil zur Montage an einer Hutschiene besteht, an dem das Verriegelungselement mit Verriegelungsdrehachse befestigt ist.
  • In dieser Ausführung kann der Verriegelungsmechanismus als eigenständige bauliche Einheit in eine bestehende Konfiguration aus Fernantrieben und Umschalteinheiten an einer Hutschiene hinzugefügt werden.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird alternativ durch einen erfindungsgemäßen elektrischen Fernantrieb gelöst, welcher ein für eine normgemäße Hutschienenmontage ausgeführtes Trägerelement mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Aktuatoren aufweist, die als Elektromagnete ausgeführt jeweils auf einen ersten und einen zweiten Schenkel einer T-förmigen Schaltwippe einwirken. Die Schaltwippe weist dabei einen in dem Drehpunkt senkrecht zu dem ersten und dem zweiten Schenkel angeformten dritten Schenkel auf, an dessen Ende parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene eine Mitnehmerschiene angebracht ist, in die seitlich des dritten Schenkels ein Schaltknauf der Schalteinrichtung eingreift, wobei die Schaltwippe um eine Schaltwippen-Drehachse schwenkbar ist, die parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene und durch einen Drehpunkt des Schaltknaufs verläuft.
  • Alternativ zu der eingangs genannten Lösung, bei der zwei einander gegenüberliegende Elektromagnete auf einen verschiebbar gelagerten Schlitten einwirken, beruht die hier genannte Ausführung auf zwei Elektromagneten, die jeweils an einem Ende einer Schaltwippe einwirken und dadurch über einen mittig an der Schaltwippe angeformten dritten Schenkel den Schaltknauf betätigen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen erläutern.
  • Es zeigen:
    • 1 In schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fernantriebs (Typ Schlitten);
    • 2a, 2b, 2c In schematischer Darstellung die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Fernantriebs-Anordnung mit Verriegelungsmechanismus für den Typ Schlitten;
    • 3 In schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fernantriebs (Typ Wippe).
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform (Typ Schlitten) des erfindungsgemäßen Fernantriebs 2. Auf einem Trägerelement 8, welches an einer Hutschiene 6 befestigt ist - die Befestigung kann über einen Hutschienen-Clip 7 erfolgen - sind gegenüberliegend zwei Aktuatoren 10a, 10b angeordnet, die als Zugmagnete ausgeführt mit ihren stabförmigen Ankern wechselweise auf einen verschiebbar gelagerten Schlitten 12 einwirken.
  • Der Schlitten 12 weist eine Durchführung 14 auf, durch die ein erster Hebelarm 16a eines Kipphebels 18 geführt wird. Der Kipphebel 18 ist in einer Kipphebel-Drehachse 24 gelagert, die parallel zur Längsausdehnung der Hutschiene 6 ausgerichtet ist und deren Drehpunkt näherungsweise mit dem Drehpunkt eines Schaltknaufs 22 der Schalteinrichtung 4 deckungsgleich ist. An einem zweiten Hebelarm 16b des Kipphebels 18 ist endseitig eine Mitnehmerschiene 20 parallel zur Längsausdehnung der Hutschiene 6 angebracht. In die Mitnehmerschiene 20 greift der Schaltknauf 22 der Schalteinrichtung 4 ein und wird beim Verschwenken des Kipphebels 18 betätigt.
  • In den 2a, 2b, 2c ist schematisch die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Fernantriebs-Anordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Fernantrieben 2 und mit einem Verriegelungsmechanismus 40 dargestellt. Der Verriegelungsmechanismus 40 weist zwischen den Schlitten 12 der Fernantriebe 2 ein Verriegelungselement 42 auf, welches als rechtwinkliges, gleichschenkliges Winkelprofil 42, beispielsweise als Dreikant-Stababschnitt, ausgeführt und drehbar um eine Verriegelungsdrehachse 44 gelagert ist.
  • Ausgehend von der AUS-Stellung (OFF) der beiden Schlitten 12 in 2a stößt eine Frontfläche 13 eines der Schlitten 12 bei der Bewegung in die EIN-Stellung (ON) auf eine Seitenfläche 42a des Verriegelungselements 42. Dadurch dreht sich das Verriegelungselement 42 und blockiert mit seiner anderen Seitenfläche 42b eine Abwärtsbewegung (Einschaltbewegung) des anderen Schlittens 12 (2b, 2c).
  • In 3 ist eine zweite Ausführungsform (Typ Wippe) des erfindungsgemäßen Fernantriebs 2 gezeigt. In dieser Ausführungsform wirken die Elektromagnete 62a bzw. 62b auf einen ersten Schenkel 64a bzw. auf einen zweiten Schenkel 64b einer Schaltwippe 66. Die Schaltwippe 66 weist mittig einen senkrecht zu dem ersten und zweiten Schenkel 64a, 64b angeformten dritten Schenkel 64c auf, an dessen Ende eine Mitnehmerschiene 20 befestigt ist, in die der Schaltknauf 22 der Schalteinrichtung 4 eingreift. Eine Schaltwippen-Drehachse 68 verläuft parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene 6, wobei sich der Drehpunkt näherungsweise in dem Drehpunkt des Schaltknaufs 22 befindet.

Claims (9)

  1. Elektrischer Fernantrieb (2) zur Betätigung einer an einer Hutschiene (6) montierten Schalteinrichtung (4) einer elektrischen Anlage, umfassend ein für eine normgemäße Hutschienenmontage ausgeführtes Trägerelement (8) mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Aktuatoren (10a, 10b), die als Elektromagnete (10a, 10b) ausgeführt gegenüberliegend wechselweise auf einen verschiebbar gelagerten Schlitten (12) einwirken, welcher eine Durchführung (14) zur Aufnahme eines ersten Hebelarms (16a) eines Kipphebels (18) aufweist und wobei an einem zweiten Hebelarm (16b) des Kipphebels (18) parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene (6) eine Mitnehmerschiene (20) angebracht ist, in die seitlich des zweiten Hebelarms (16b) ein Schaltknauf (22) der Schalteinrichtung (4) eingreift, wobei der Kipphebel (18) um eine Kipphebel-Drehachse (24) schwenkbar ist, die parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene (6) und durch einen Drehpunkt des Schaltknaufs (22) verläuft.
  2. Elektrischer Fernantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerschiene (20) als U-Profil ausgebildet ist.
  3. Elektrischer Fernantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerschiene (20) zur Anpassung an die Bewegung des Schaltknaufs (22) radial verstellbar angebracht ist.
  4. Elektrischer Fernantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerschiene (20) in ihrer Längsrichtung eine solche Ausdehnung aufweist, dass die Betätigung mehrerer auf der Hutschiene (6) nebeneinander montierter Schalteinrichtungen (4) möglich ist.
  5. Elektrischer Fernantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) einen lösbaren Hutschienen-Clip (7) zur Hutschienenmontage aufweist.
  6. Fernantriebs-Anordnung mit einem ersten und einem zweiten, jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführten, Fernantrieb (2), wobei die Fernantriebe (2) auf einer Hutschiene (6) nebeneinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen Verriegelungsmechanismus (40), der durch Verriegelung eines der beiden Schlitten (12) durch den jeweils anderen Schlitten (12) eine gleichzeitige Ingangsetzung beider Fernantriebe (2) verhindert.
  7. Fernantriebs-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus (40) ein Verriegelungselement (42) in Form eines rechtwinkligen Winkelprofils (42) aufweist, welches um eine Verriegelungs-Drehachse (44), die senkrecht zur Ebene der Hutschiene (6) steht, drehbar so angeordnet ist, dass bei Verschieben eines der Schlitten (12) aus der AUS-Stellung in die EIN-Stellung eine Frontfläche (13) des Schlittens (12) gegen eine der Seitenflächen (42a) des Winkelprofils (42) stößt und das Winkelprofil (42) so weit dreht, dass durch Anlegen der anderen Seitenfläche (42b) des Winkelprofils (42) gegen eine Frontfläche (13) des anderen in der AUS-Stellung befindlichen Schlittens (12) eine Bewegung des anderen Schlittens (12) in die EIN-Stellung blockiert wird.
  8. Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Ausführung als eigenständige bauliche Einheit zur Montage an eine Hutschiene (6) bestehend aus einem Rahmenteil zur Montage an der Hutschiene (6), an dem das Verriegelungselement (42) mit Verriegelungs-Drehachse (44) befestigt ist.
  9. Elektrischer Fernantrieb (2) zur Betätigung einer an einer Hutschiene (6) montierten Schalteinrichtung (4) einer elektrischen Anlage, umfassend ein für eine normgemäße Hutschienenmontage ausgeführtes Trägerelement (60) mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Aktuatoren (62a, 62b), die als Elektromagnete (62a, 62b) ausgeführt jeweils auf einen ersten Schenkel (64a) und einen zweiten Schenkel (64b) einer T-förmigen Schaltwippe (66) einwirken, die mittig einen senkrecht zu dem ersten und zweiten Schenkel angeformten dritten Schenkel (64c) aufweist, an dessen Ende parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene (4) eine Mitnehmerschiene (20) angebracht ist, in die seitlich des dritten Schenkels (64c) ein Schaltknauf (22) der Schalteinrichtung (4) eingreift, wobei die Schaltwippe (66) um eine Schaltwippen-Drehachse (68) schwenkbar ist, die parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene (6) und durch einen Drehpunkt des Schaltknaufs (22) verläuft.
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