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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb zur Betätigung einer elektrischen Schalteinrichtung und eine Vorrichtung zur Netzumschaltung, konkreter eine Einrichtung und Anordnung eines Antriebs zur Betätigung von handelsüblichen elektrischen Schalteinrichtungen verschiedener Hersteller sowie automatischen Netzumschalteinrichtungen mit diesen zur Umschaltung von einer ersten Hauptstromversorgung auf eine zweite Notstromversorgung bei Spannungsausfall der Hauptstromversorgung zur Anordnung derselben in elektrischen Anlagen.
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Zur Betätigung von elektrischen Schalteinrichtungen sind verschiedene Arten von Antrieben, bspw. manuelle Antrieb zur Vorortbedienung sowie Motorantrieb mit Elektromotoren und magnetische Antriebe mit Elektromagneten als Aktoren zur Fernbedienung bekannt. Mit Elektromagneten können geringe Umschaltzeiten erreicht werden.
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Weiterhin sind Verfahren und Einrichtungen zum Nullpunktschalten eines eine wechselstromgespeiste Last schaltendes Relais bekannt, Mit diesen wird der Verschleiß der Relais-kontakte vermindert.
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Aus der
DE 574 857 ist ein Antrieb für Ölumschalter zum Einschalten über eine Zahnstange und Zahnrad zum Eingriff in ein Ritzel und Ausschalten durch Federkraft bekannt. Nachteilig sind verschiedene Antriebsarten für Ein- und Ausschalten.
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Aus der Patent
DE 10 2019 122 978 A1 ist ein elektrischer Fernantrieb (2) zur Betätigung einer Schalteinrichtung (4) einer elektrischen Anlage bekannt, der mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Aktoren (10a, 10b), die als Elektromagnete (10a, 10b) ausgeführt und gegenüberliegend wechselweise auf einen verschiebbar gelagerten Schlitten (12) einwirken, welcher eine Durchführung (14) zur Aufnahme eines ersten Hebelarms (16a) eines Kipphebels (18) aufweist wobei an einem zweiten Hebelarm (16b) des Kipphebels (18) parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene (6) eine Mitnehmerschiene (20) an-gebracht ist, 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.
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Nachteilig ist der große Platzbedarf der gegenüber angeordneten Elektromagnete und Schlitten mit der Folge, dass der Antrieb größer ist als die Schalteinrichtung und dadurch der Standardabstand zwischen den Hutschienen von 125mm im Schaltschrank nicht eingehalten werden kann und größer erforderlich ist und dadurch Mehrkosten entstehen. Weiterhin nachteilig ist, dass die Schaltbewegung über Hebelarm und Kipphebel indirekt auf den Schalter wirken und damit störanfällig sind. Nachteilig ist außerdem, dass aufgrund der im Schaltschrank vorhandenen Leitungen erhebliche Last -und Biegekräfte auf Fernantrieb und Schalteinrichtung wirken, die zum Durchbiegen der Hutschienen führen und die daran befestigten Fernantriebe und Schalteinrichtungen gegeneinander bewegen und zu Störungen führen können. Nachteilig ist auch, dass mit der vorgeschlagenen Lösung der Antrieb konstruktiv an die eingesetzte Schalteinrichtung angepasst werden muss, weil zwischen Steuerachse der Schalteinrichtung und Hutschienenachse herstellerbedingt unterschiedliche Abstände vorhanden sind. Weiterhin nachteilig ist, dass bei Verwendung der vorgeschlagenen Lösung für Netzumschaltungen zwar kurze aber immer Umschaltzeiten vorhanden sind.
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Aus der
EP 1 991 997 B1 ist ein automatisiertes Steuermodul für ein elektrisches Schaltgerät mit drehbarer Steuerachse bekannt, wobei das Steuermodul ein Gehäuse mit zwei gegenüberliegend ausgerichteten Elektromagneten aufweist, die mit demselben Gleitstück verbunden sind und das Gleitstück eine Zahnstange aufweist, die ein Antriebsritzel in Ein-griff nimmt, das mit der Steuerachse verbunden ist
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Nachteilig ist, dass ein derartiges Schaltgerät aufgrund der vielen Teile sehr kostenintensiv ist und das Steuerteil große Abmessungen aufweist, die über das Schaltgerät hinausragen und damit der Platz im Schaltschrank nur ungenügend genutzt werden kann. Außerdem besteht der Nachteil darin, dass bei einem Defekt im Schaltgerät das komplette Schaltgerät im Schaltschrank mit hohen Kosten- und Zeitaufwand gewechselt werden muss,
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Nachteilig bei allen bekannten Lösungen ist außerdem, das ausschließlich automatische Netzumschaltungen mit Unterbrechung der Stromversorgung möglich sind, wobei die Umschaltverzögerungszeit im Bereich von ca. 5 ms beträgt und Defekte in den Schalteinrichtungen und Antrieben erst bei einer anstehenden Schaltanforderung als Störung erkannt und gemeldet werden, aber die Netzumschaltung aufgrund der Störung nicht erfolgt und damit die Stromversorgung gestört ist. nicht und damit die neue Schalthandlung nicht erfolgen kann.
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Aus der
DE 10 2018 118 329 B3 ist ein Verfahren zum Nullpunktschalten eines Relais bekannt, mit dem die Lebensdauer des Relais hinsichtlich der Anzahl der Schaltspiele verlängert wird, indem die Relaiskontakte im Bereich des Nullspannungsdurchganges der Spannung geschalten werden
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Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe für handelsübliche Schalteinrichtungen verschiedener Hersteller , insbesondere für Schalteinrichtungen zum Einbau in elektrische Installationsverteilungen, einen universellen, einfachen, wirtschaftlichen und robusten elektrischen Antrieb mit dem jeweiligen Anwendungsfall variablen und geringen Schaltzeiten kleiner 20 Millisekunden und kleinen Abmessungen zu schaffen, dessen Abmessungen nicht größer sind als bekannte Schalteinrichtungen für Hutschienenmontage zum Einbau in elektrischen Installationsverteilungen mit standardmäßigen Mittenabständen der Hut-schienen von 125 mm sodass damit der Platzbedarf in derartigen Schaltschränken optimal genutzt werden kann sowie Verfahren und Einrichtungen zur Erhöhung der Lebensdauer der Schalteinrichtung.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass mit dem elektrischen Antrieb auch automatische Netzumschaltungen mit handelsüblichen Schalteinrichtungen realisiert werden können, die bei Ausfall der Hauptstromversorgung wahlweise mit variabel und bedarfsgerecht angepasster Umschaltverzögerung oder unterbrechungsfrei oder lichtbogenfrei sicher bei Ausfall der Spannung Hauptstromversorgung auf eine zweite Spannung Notstromversorgung um-schalten und Einrichtungen zur Erhöhung der Lebensdauer der Kontakte der Schalteinrichtung sowie Einrichtungen zur Steuerung, Meldung und Überwachung der gesamten Funktionen des Antriebes und der Schalteinrichtung inclusive der mechanischen Teile aufweisen und Störungen sofort erkennen.
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Die vorstehend genannten Aufgaben werden in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch einen Antrieb (1) zur Betätigung einer elektrischen Schalteinrichtung (2) gelöst, wobei die elektrische Schalteinrichtung (2) eine drehbare Steuerachse (3) und bewegliche Kontakte aufweist, umfassend
- - ein Antriebsgehäuse (6), welches Mittel zur Befestigung auf einer Hutschiene (4) aufweist,
- - einen ersten Elektromagneten (7a) mit einem ersten translativ beweglichen Magnetanker (12a),
- - einen parallel zu dem ersten Elektromagneten (7a) angeordneten zweiten Elektromagneten (7b) mit einem zweiten translativ beweglichen Magnetanker (12b),
wobei der erste Elektromagnet (7a) und der zweite Elektromagnet (7b) senkrecht zu der Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) ausgerichtet sind, - - eine erste untere Führung (11a) und eine erste obere Führung (10a) sowie eine zweite untere Führung (11b) und eine zweite obere Führung (10b), die richtungsgleich für den ersten Magnetanker (12a) und den zweiten Magnetanker (12b) angeordnet sind,
- - einen ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und einen zweiten beweglichen Mitnehmer (8b), welche jeweils ein Betätigungselement (9) aufweisen, wobei der erste bewegliche Mitnehmer (8a) und der zweite bewegliche Mitnehmer (8b) parallel zu dem ersten Magnetanker (12a) und dem zweiten Magnetanker (12b) angeordnet sind und in mechanischer Wirkverbindung mit diesen stehen,
- - eine auf der Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) angeordnete Welle (13), welche mit einem Stellelement (5, 21) versehen ist, wobei die Betätigungselemente (9) mit dem Stellelement (5, 21) in mechanischer Wirkverbindung stehen, so dass die translative Bewegung der beweglichen Magnetanker (12a, 12b) in eine Drehbewegung der auf der Steuerachse (3) angeordnete Welle (13) umsetzbar ist.
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Der erfindungsgemäße Antrieb ist insbesondere elektrisch und dient zur zur elektrischen Betätigung einer Schalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten oder zur automatischen Netzumschaltung zum Umschalten zwischen zwei Stromversorgungen von elektrischen Anlage mit drehbarer Steuerachse und bewegliche Kontakte, wobei zwischen Steuerachse und beweglichen Kontakten Einrichtungen zur Übertragung der Drehbewegung und Schaltschloss und Federspeicher vorhanden sind und der Antrieb mit der Steuerachse verbunden sind.
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Die beweglichen Mitnehmer (8a, 8b) wirken bevorzugt ohne feste mechanische Kopplung und bewegen diese wechselseitig translativ. Antriebsgehäuse (6) und Schalteinrichtung (2) sind vorzugsweise formschlüssig verbunden.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe wird ein elektrischer Antrieb Schalteinrichtung (1) für Ein- und Ausschalten einer handelsüblichen Schalteinrichtung (2) mit drehbarer Steuerachse, die über vorhandene Einrichtungen auf beweglichen Kontakte wirkt, bestehend aus zwei senkrecht und quer zur Steuerachse der Schalteinrichtung angeordneten Elektromagneten in einem Antriebsgehäuse (6) vorgeschlagen, die nur kurzzeitig aktiviert werden und deren Magnetanker über parallele und richtungsgleiche Führungen auf bewegliche Mitnehmer lose ohne feste mechanische Kopplung wirken und diese richtungsgleich einzeln und wechselseitig translativ bewegen, und die Mitnehmer mit jeweils einer Zahnstange versehen sind und diese gegenüberliegend zwischen einem Ritzel angeordnet sind und in dieses eingreifen, und das Ritzel über eine Welle mit der Steuerachse der Schalteinrichtung verbunden ist und dadurch die translative Bewegung in eine Drehbewegung umsetzt und auf die beweglichen Kontakte der Schalteinrichtung wirkt.
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Zur Erhöhung der Lebensdauer der Schalteinrichtung erfolgt jeder Schaltvorgang im Nulldurchgang der Spannung über geregelte Nullspannungsschalter über die Steuereinheit im Antriebsgehäuse und die Überwachung der Schaltvorgänge über im Antrieb vorhandene Einrichtungen und an den Schalteinrichtungen vorhandenen Einrichtungen.
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Es ist bevorzugt, wenn die Längsachsen des ersten Elektromagneten (7a) und des zweiten Elektromagneten (7b) einander gegenüberliegend und im gleichen Abstand zur Ebene Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) angeordnet sind.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebs (1) umfasst dieser ferner eine an dem Antriebsgehäuse (6) vorgesehene Adapterplatte (24) mit Mitteln zur Befestigung auf der Hutschiene (4), wobei die Adapterplatte (24) Einrichtungen zum Ausrichten der Antriebsachse des Antriebs (1) in Bezug auf die Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) aufweist.
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Der Antrieb (1) ist über eine Adapterplatte (24) mit verstellbarer Hutschienenbefestigung versehen, worüber Schalteinrichtungen (2) mit unterschiedlichem Abstand Steuerachse - Hutschienenbefestigungsachse (25) eingesetzt werden können und der Antrieb (1) mit der Schalteinrichtung formschlüssig verbunden werden können.
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Eine erste alternative Weiterbildung sieht vor, dass das Betätigungselement (9) ausgeführt ist als eine erste Zahnstange (9a) an dem ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und als eine zweite Zahnstange (9b) an dem zweiten beweglichen Mitnehmer (8b) und wobei das Stellelement (5, 21) ausgeführt ist als Ritzel (5), wobei die Zahnstange (9a) und die zweite Zahnstange (9b) mit dem Ritzel (5) in Eingriff stehen.
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Eine erste alternative Weiterbildung sieht vor, dass das Betätigungselement (9) ausgeführt ist als eine erste Ausnehmung (9c) in dem ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und als eine zweite Ausnehmung (9d) in dem zweiten beweglichen Mitnehmer (8b) und wobei das Stellelement (5, 21) ausgeführt ist als Schaltnocken (21), wobei die erste Ausnehmung (9c) und die zweite Ausnehmung (9d) mit dem Schaltnocken (21) in Wirkverbindung stehen.
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Die Stellung des Schalthebels (20) und die Stellung des oberen Mitnehmers und unteren Mitnehmers können über Sensoren detektiert und über Auswertung des zeitlichen Verlaufs die Funktion von elektrischem Antrieb und Schalteinrichtung überwacht werden. Ausfälle können unmittelbar, bspw. Bruch der Welle, erkannt und damit die an der Schalteinrichtung vorhandenen Schalthebel nicht zum Schalten, sondern zur Meldung genutzt werden. Über Zeitauswertung zwischen Anliegen der Betätigungsspannung an Elektromagnet über Spannungsmessung und Bewegung der Mitnehmer (8a,8b) und über Sensor (19a, 19b) Antriebsstellung unten und über Sensor (18a, 18b) Antriebsstellung oben und Stellung von Schalthebel (20) über Sensor (17a, 17b) Schalterstellung und Spannungsänderung an der Abgangsklemme der Schalteinrichtung wird erfasst und darüber Verschleiß vor Ausfall und Störungen unmittelbar während des Schaltvorganges erkannt.
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Über Sensor (17a, 17b) Schalterstellung kann eine elektrische Schaltstellungsanzeige im Antriebsgehäuse erfolgen sowie darüber die Schaltzeit erfasst werden. Die Ein- und Ausschaltung der Schalteinrichtung sowie Anzeige und Meldung können über Steuer im Antriebsgehäuse erfolgen.
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Die Ein- und Ausschaltung der Elektromagnete (7a, 7b) kann über elektronische Feder, bestehend aus Stromversorgung und Kondensator, erfolgen, sodass bei Stromausfall der aktuelle und nächste Schaltvorgang sicher erfolgt.
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Die vorstehenden Aufgaben werden in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung gelöst, umfassend
- - einen ersten Antrieb (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einen zweiten Antrieb (1b) nach einem der Ansprüche1 bis 5,
- - eine zwischen dem ersten Antrieb (1a) und dem zweiten Antrieb (1b) angeordnete Verriegelung (15),
- - zwei Schalteinrichtungen (2), die jeweils gegenüberliegend der Verriegelung (15) an dem ersten Antrieb (1a) und an dem zweiten Antrieb (1b) angeordnet sind,
wobei die Verriegelung (15) über einen Hebel (27) jeweils mechanisch auf die ersten und zweiten Mitnehmer (8a, 8b) des ersten Antriebs (1a) des zweiten Antriebs (1b) wirkt.
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Der erfindungsgemäße Antrieb kann inbesondere modular oder kompakt ausgeführt sein. Die die Betätigung der Elektromagnete (7a, 7b) kann vorzugsweise über Gleichspannung und Kondensatorspeicher erfolgen.
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Zur Lösung der genannten Aufgaben für eine Netzumschaltung (14) wird die Anordnung von zwei handelsüblichen Schalteinrichtungen (2) mit dazwischen angeordneten Antrieb Netzumschaltung (14), bestehend aus zwei Antrieben (1) mit oder ohne mechanischer Verriegelung (16) vorgeschlagen. Die mechanische Verriegelung (16) entfällt bei einer Netzumschaltung für unterbrechungsfreie Umschaltung und ist erforderlich, bei einer Netzumschaltung mit variabler Umschaltverzögerungszeit bis 0,5 Sekunden. Für Netzumschaltungen (14) mit geringsten Umschaltverzögerungen werden beide Schalteinrichtungen über polaritätsgleiche Nullpunktschalter unmittelbar aufeinander folgend geschalten, wobei bspw. im Nulldurchgang von der positiven zur negativen Halbwelle der Spannung an der Schalteinrichtung der Hauptstromversorgung diese ausgeschaltet wird und im Nulldurchgang von der positiven zur negativen Halbwelle der Spannung an der Schalteinrichtung der Notstromversorgung diese eingeschaltet wird. In Abhängigkeit der Phasenverschiebung zwischen Hauptstromversorgung und Notstromversorgung mit jeweiliger Frequenz von 50 Hz beträgt die maximale Schaltverzögerung der Netzumschaltung 20 ms.
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Außerdem erfolgt durch elektronische Einrichtungen die Erfassung des zeitlichen Verlaufs von Strom und Spannung an beiden Schalteinrichtungen und jeder Schaltvorgang erfolgt im Nulldurchgang der Spannung der jeweiligen Schalteinrichtung (2) unter Berücksichtigung der jeweiligen Schaltzeit über Regeleinrichtung unter Berücksichtigung der Schaltzeit der Elektromagnete für Ein- und Ausschalten des Antriebes und die Schaltzeit der Schalteinrichtung und einer maximalen Schaltspannung, sodass der Schaltvorgang um den Nulldurchgang der Spannung pendelt.
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Die vorstehenden Aufgaben werden in einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Antriebs (1) gelöst, umfassend die Schritte
- a) Erfassen der Spannung am Ausgang der Schalteinrichtung (2) und des zeitlichen Verlaufs des Schaltvorganges der Schalteinrichtung (2) mittels eines ersten oberen Sensors (18a) und eines zweiten oberen Sensors (18b) für die Antriebsstellung oben und eines ersten unteren Sensors (19a) und eines zweiten unteren Sensors (19b) für die Antriebsstellung unten sowie über einen ersten Sensor (17a) und einen zweiten Sensor (17a) für die Schalterstellung erfasst
- b) Überwachen der Funktion der Schalteinrichtung (2) und des Antriebs (1) sowie Melden bei Abweichungen.
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8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Steuerung und Überwachung der Schalteinrichtung (2) über eine Steuereinheit im Antriebsgehäuse (6) des Antriebs (1) erfolgt und die Einrichtungen zur Betätigung an der Schalteinrichtung (2) zur Meldung und Überwachung über Sensoren genutzt werden.
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9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Kontakte ie der zweifachen Zeit zwischen Nulldurchgang der Spannung und einer Lichtbogenzündspannung von vorzugsweise 20 V entspricht, über eine Regeleinrichtung dauernd zwischen positiver und negativer Lichtbogenzündspannung pendeln.
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Die vorstehenden Aufgaben werden in einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung gelöst, wobei die Netzumschaltung wahlweise
- I) unterbrechungsfrei erfolgt, indem die beiden Schalteinrichtungen (2) zeitlich begrenzt überlappend über den jeweiligen Antrieb (1) geschaltet werden,
oder - II) mit Unterbrechung erfolgt, indem
- i) über die beiden Schalteinrichtungen (2) innerhalb zumindest zwei aufeinander folgender Nullspannungsdurchgängen der Spannung einer Hauptstromversorgung (41) und der Spannung einer Notstromversorgung (42) zeitlich nacheinander über die Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung betätigt werden, indem der Nulldurchgang und die Polarität der Spannung der Hauptstromversorgung (41) und der Spannung der Notstromversorgung (42) erfasst werden und jede Netzumschaltung unter Berücksichtigung von erfassten und gespeicherten Schaltzeiten des Antriebs (1) und der Schalteinrichtung (2) und der Spannung am Ausgang eines Netzumschalters (43) geregelt über eine Regeleinrichtung (...) erfolgt,
- ii) über die beiden Schalteinrichtungen (2) eine variable Umschaltzeit (TSchu) von 0,015 s bis 0,5 s erfolgt, indem die Anzahl der Nulldurchgänge der Spannung der Hauptstromversorgung (41) und der Nulldurchgänge der Spannung der Notstromversorgung (42) verändert werden und die Schaltspannung an den Kontakten beider Schalteinrichtungen (2) maximal einer parametrierbaren Lichtbogenspannung von mind. 20 V entspricht,
- iii) der zeitliche Verlauf der Spannung am Ausgang des Netzumschalters (43) vor der Netzumschaltung nach Ablauf der Umschaltzeit (TSchu) in gleicher Richtung fortgesetzt wird.
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figur. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebes 1 für Schalteinrichtung mit Ritzel,
- 2: eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebes 1 für Schalteinrichtung entsprechend 1 mit Schaltnocken zur Umwandlung der translatorischen Bewegung der Elektmomagnete in eine Drehbewegung der Steuerachse und Anpassung an Schalteinrichtung unterschiedlicher Hersteller über Adapterplatte 24,
- 3: eine Explosionsdarstellung einer zweipoligen Netzumschaltung mit erfindungsgemäßen Antrieben 1 und Schalteinrichtungen 2 mit Verriegelung 15 und Anordnung der Steuereinheit 26 zur Steuerung Vorortbedienung der Netzumschaltung 14 in modularer Ausführung ohne Darstellung der Sensoren, Adapterplatte und Hutschiene,
- 4: eine Darstellung einer zweipoligen Netzumschaltung gemäß 3 in kompakter Ausführung mit seitlichen Führungen der Mitnehmer,
- 5: eine schematische Darstellung Ansteuerung Antrieb Netzumschaltung 14 ohne Nullspannungs-Netzumschaltung
- 6: ein Zeitverlauf Diagramm der Spannung Ausgang Netzumschalter 43 mit für einer automatischen Netzumschalteinrichtungung 14 von der Spannung Hauptstromversorgung 42 zur Spannung Notstromversorgung 42 mit Nullspannungsschaltung bei Spannungseinbruch der Spannung Hauptstromversorgung 41.
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In 1 ist ein Antrieb 1 für ein auf Hutschiene 4 angeordnete Schalteinrichtung 2 mit drehbarerer Steuerachse 3 dargestellt, die auf die nicht dargestellten beweglichen Kontakte der Schalteinrichtung 2 wirkt. Der Antrieb 1 besteht aus einem Antriebsgehäuse 6, in dem stirnseitig ein über Welle 13 drehbares Ritzel 5 angeordnet ist, das über Welle 13 mit der Steuerachse der Schalteinrichtung 29 verbunden ist. Beidseitig des Ritzels 5 und rechtwinklig zur Steuerachse 3 sind Mitnehmer 8a, 8b mit Zahnstange 9a, 9b angeordnet, die in das Ritzel 5 eingreifen. Die Mitnehmer werden über untere Führung 11a, 11b und obere Führung 10a, 10b im Antriebsgehäuse senkrecht zur Steuerachse und parallel zueinander geführt und durch die Magnetanker 12a, 12b von Elektromagnete über Druck ohne feste Kopplung mit diesen abwechselnd bewegt und damit eine Drehbewegung an der Steuerachse erzeugt und die Kontakte der Schalteinrichtung entsprechend geschalte-ten. Über den Bedienhebel Schalteinrichtung 16 wird in Abhängigkeit der Schaltstellung des Antriebes 1 die Schaltstellung der Schalteinrichtung 2 über Bedienhebel Schalteinrichtung 16 und Sensor Schaltwellenstellung 17a, 17b detektiert und an die nicht dargestellte Bedieneinheit übertragen, sodass in dieser die Funktion der mechanischen Bauteile des Antriebes 1 überwacht werden. Die Bedienung, Steuerung und Überwachung der Schalteinrichtung erfolgt über nicht dargestellte Bedieneinheit im oberen Teil des Antriebes (1). Die an der Schaleinrichtung vorhanden Bedienelemente zur Vorortbedienung werden nur zur Rückmeldung über die Sensoren im Antrieb genutzt und sind durch entsprechende Abdeckungen im Antrieb nicht von außen zugänglich,
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Alternativ zu 1 ist in 2 ein elektrischer Antrieb Schalteinrichtung 1 mit Schaltnocken 21 anstelle Ritzel und Zahnstange dargestellt. Der elektrische Antrieb 1 Schalteinrichtung besteht aus einem Antriebsgehäuse 6, in dem stirnseitig ein über Welle 13 drehbaren Schaltnocken 21 angeordnet ist, der über Welle 13 mit der Steuerachse der Schalteinrichtung 3 verbunden ist. Beidseitig des Schaltnocken 21 und rechtwinklig zur Steuerachse 3 sind Mitnehmer 8a, 8b mit Aussparungen vorhanden, in die der Schaltnocken eingreift. Die Mitnehmer werden über untere Führung 11 a, 11b und obere Führung 10a, 10b im Antriebsgehäuse senkrecht zur Steuerachse und parallel zueinander geführt und durch die Magnetanker 12a, 12b von Elektromagnete über Druck ohne feste Kopplung mit diesen abwechselnd bewegt und damit eine Drehbewegung an der Steuerachse erzeugt und die Kontakte der Schalteinrichtung analog 1 entsprechend geschaltet. Da die Schalteinrichtungen der Hersteller variable Abstände Steuerachse-Hutschienenachse 25 durch Differenzen zwischen Steuerachse (3) und Mitte Hutschienenbefestigungsachse 23 der Schalteinrichtung aufweisen, wird der Antrieb Schalteinrichtung 1 über Adapterplatte 24 mit verstellbarer Hutschienenachse 22 auf der Hutschiene des Schaltschrankes befestigt, und dadurch die Differenzen ausgeglichen.
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3 enthält eine Explosionsdarstellung einer Netzumschaltung 14 mit zwei erfindungsgemäßen Antrieben 1, bestehend aus Antrieb Hauptstrom 32 und Antrieb Notstrom 33 für und zwei Schalteinrichtungen 2, bestehend aus zweipoliger Schalteinrichtung Hauptstrom 30 und zweipoliger Schalteinrichtung Notstrom 31 sowie Verriegelung 15 und Anordnung der Steuereinheit zwischen beiden Antrieben Schalteinrichtung 1 zur Steuerung, Überwachung und Meldung der Netzumschaltung 14 in modularer Ausführung ohne Darstellung der Sensoren und Hutschiene. Die mechanische Verriegelung der Schaltstellung der Schalteinrichtungen als zusätzliche Sicherung zur gegenseitigen elektrischen Verriegelung zur Vermeidung von Fehlschaltungen erfolgt über Hebel 27 mit Achse 28 in der Verriegelung 15, die durch die untere Führung 11 a, 11b der beiden Antriebe für Umschaltungszeiten größer Null betätigt wird: Für unterbrechungsfreie Umschaltungen entfällt die Verriegelung 15 und die Umschaltung erfolgt überlappend. Die manuelle Vorortschaltung der Netzumschaltung 14 erfolgt über die Steuereinheit 26 und über die Schalthebel Schalteinrichtung 20 und über darüber angeordnete nicht dargestellte Sensoren erfolgt die Rückmeldung der Schaltstellung der beiden Schalteinrichtungen, sodass dadurch die Funktion des Antriebes Schalteinrichtung 1 bis zu den Schalteinrichtungen 2 überwacht wird und bspw. Bruch der Welle 13 oder Schaltnocken bzw, Ritzel 5 erkannt werden.
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In 4 ist eine zweipoligen Netzumschaltung gemäß 3 in kompakter Ausführung des Antriebes Netzumschalteinrichtung 16 mit seitlichen Führungen 29 der Mitnehmer 8a, 8b und Verriegelung 15 dargestellt.
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5 ist eine schematische Darstellung der Ansteuerung Antrieb Netzumschaltung 14 ohne Nullspannungs-Netzumschaltung. Über Hauptstromversorgung 34 und Notstromversorgung 35 werden zwei Gleichspannungen über Gleichtrichter 36 erzeugt und über Kopplung Steuernetz 37 gekoppelt, sodass auch bei Ausfall eine Störung vermieden wird. Für jeden Elektromagnet 7a, 7b der Antriebe Hauptstrom 32 und Antriebe Notstrom 33 wird ein RC-Glied 38 als Spannungsspeicher angeordnet und über Ansteuerung 39 der jeweilige Elektromagnet 7a, 7b eingeschalten und über Sensor Antriebsstellung oben 18a, 18b abgeschaltet, sodass der Elektromagnet über in diesen vorhandener Feder den Magnetanker 12a, 12b zurück bewegt und der Mitnehmer 8a, 8b wegen loser Kopplung in der letzten Stellung verbleibt.
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In 6 ist ausschnittweise der zeitliche Verlauf der Spannung Hauptstrom 41, der Spannung Notstrom 42 und der Spannung Ausgang Netzumschalter 43 bei einer beispielhaften, automatischen Nullspannung Netzumschaltung 40 von der Hauptstromversorgung zur Notstromversorgung dargestellt. Zur Zeit t0 entspricht aufgrund der nicht dargestellten Stellung der Schalteinrichtungen 2 bspw. die Spannung Ausgang Netzumschalter 43 der Spannung Hauptstromversorgung 40 und die Spannung Notstromversorgung (42) ist um die Phasenverschiebungszeit (Tv) ausgeschaltet.
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Bis zur Zeit (t1') ist die Spannung Hauptstromversorgung 41 mit 100% Netzspannung (100%UN) dargestellt. ZurZeit (t2') hat sich die Spannung Hauptstromversorgung 41 auf bspw. 80% Netzspannung (80%UN) verringert, sodass die Ausgangsspannung Netzumschalter 43 zur Zeit (t2`) ebenfalls verringert ist und damit die Funktionssicherheit der angeschlossene Verbraucher nicht mehr gewährleistet ist und die automatische Netzumschalteinrichtung 14 bspw. bei dieser Werten auf Notstromversorgung umschalten soll.
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Dazu wird die Spannung Hauptstromversorgung 41 beim nächsten Nulldurchgang zur Zeit (t3) abgeschaltet, indem die Abschaltzeit (tSa) unter Berücksichtigung der Polaritätsrichtung der Spannung Hauptstromversorgung 41 unter Berücksichtigung aller Zeitverluste des Antriebes Schalteinrichtung 1 und Schalteinrichtung 2 der Netzumschalteinrichtung 14 berechnet wird.
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Entsprechend der Polarität der Spannung Notstromversorgung 42 wird zur Zeit (t4) die Spannung Notstromversorgung 42 im Nulldurchgang eingeschalten, indem die Einschaltzeit (tSe) unter Berücksichtigung der Polaritätsrichtung der Spannung Notstromversorgung 42 unter Berücksichtigung aller Zeitverluste des Antriebes 1 Schalteinrichtung und Schalteinrichtung 2 der Netzumschalteinrichtung 14 berechnet wird und zur Zeit (Se) der Antrieb eingeschalten wird. Die Umschaltzeit (Tsu) ergibt sich aus der Zeit für eine Schwingung der Spannung Notstromversorgung (21), das sind bspw. bei einer Frequenz von 50Hz 10ms zuzüglich der Phasenverschiebung (Tv), bspw. bei 90 Grad 5ms. Damit wird eine Umschaltzeit (Tu) von 15ms erreicht.
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Überteigt die Schaltspannung Hauptstrom (USch1) und oder Schaltspannung Notstrom (USch2) bspw. eine Lichtbogenzündspannung von 20V werden die Umschaltzeiten (tSa, tSe) beibehalten und die Umschaltzeit (Tsu) über den jeweiligen Nulldurchgang bis zur Zeit (tmax) verlängert, bei dem die Schaltspannung Hauptstrom (USch1) und oder Schaltspannung Notstrom (USch2) der Lichtbogenzündspannung entspricht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antrieb Schalteinrichtung
- 2
- Schalteinrichtung
- 3
- Steuerachse
- 4
- Hutschiene
- 5
- Ritzel
- 6
- Antriebsgehäuse
- 7a, 7b
- Elektromagnet
- 8a, 8b
- Mitnehmer
- 9a,9b
- Zahnstange
- 10a, 10b
- obere Führung
- 11a, 11b
- untere Führung
- 12a, 12b
- Magnetanker
- 13
- Welle
- 14
- Netzumschalteinrichtung
- 15
- Verriegelung
- 16
- Antrieb Netzumschalteinrichtung
- 17a, 17b
- Sensor Schalterstellung
- 18a, 18b
- Sensor Antriebsstellung oben
- 19a, 19b
- Sensor Antriebsstellung unten
- 20
- Schalthebel Schalteinrichtung
- 21
- Schaltnocken
- 22
- Antriebsachse h
- 23
- Hutschienenbefestigungsachse
- 24
- Adapterplatte
- 25
- Abstand Steuerachse-Hutschienenbefestigungsachse
- 26
- Steuereinheit
- 27
- Hebel
- 28
- Achse
- 29
- seitliche Führung
- 30
- zweipolige Schalteinrichtung Hauptstrom
- 31
- zweipolige Schalteinrichtung Notstrom
- 32
- Antrieb Schalteinrichtung Hauptstrom
- 33
- Antrieb Schalteinrichtung Notstrom
- 34
- Stromversorgung Hauptstrom
- 35
- Stromversorgung Notstrom
- 36
- Gleichrichter
- 37
- Kopplung Steuernetz
- 38
- Spannungsspeicher
- 39
- Ansteuerung
- 40
- Nullspannungs-Netzumschaltung
- 41
- Spannung Hauptstromversorgung
- 42
- Spannung Notstromversorgung
- 43
- Spannung Ausgang Netzumschalter
- t0 bis t3
- Nulldurchgang Spannung Hauptstromversorgung
- t0'bis t4`
- Nulldurchgang Spannung Notstromversorgung
- Tv
- Phasenverschiebungszeit
- tSa
- Ausschaltbeginn
- tSe
- Einschaltbeginn
- TsU
- Umschaltzeit
- USch1
- Schaltspannung Hauptstrom
- USch2
- Schaltspannung Notstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 574857 [0004]
- DE 102019122978 A1 [0005]
- EP 1991997 B1 [0007]
- DE 102018118329 B3 [0010]
