DE10343348B4

DE10343348B4 - Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs- Leistungsschalter

Info

Publication number: DE10343348B4
Application number: DE10343348A
Authority: DE
Inventors: Jörg-Uwe Dipl.-Ing. Dahl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: DE10343348A1

Abstract

Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter (10) zum Hin- und Wegbewegen eines an einem drehbar gelagerten Kontaktträger (16) angeordneten beweglichen Kontaktes (14) zu oder von einem mindestens einem festen Kontakt (12), wobei der Kontaktträger (16) mit einer Schaltwelle (20) verbunden ist, welche durch mindestens zwei drehbeweglich gelagerte Verbindungselemente (22, 26) mit einem Kraftspeicher (36) verbunden ist, wobei die zwei Verbindungselemente (22, 26) eine gemeinsame Drehachse (38) aufweisen und dort mit mindestens einer Zuglasche (24a, 24b, 24c) verbunden sind, welche an einem festen Punkt (42) drehbeweglich gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuglasche mindestens drei starre Glieder (24a, 24b, 24c) aufweist, wobei das erste starre Glied (24a) der Zuglasche drehbeweglich um die gemeinsame Drehachse (38) angeordnet und mit den zwei Verbindungselementen (22, 26) verbunden ist und mit dem zweiten starren Glied (24b) und dem dritten starren Glied (24c) der Zuglasche drehbeweglich verbunden ist, wobei alle Glieder (24a, 24b, 24c) eine gemeinsame Drehachse...

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Niederspannungs-Leistungsschalter weisen regelmäßig einen fest stehenden und einen beweglichen Stromkontakt auf. Dabei wird zum Ein- und Ausschalten des Niederspannungs-Leistungsschalters der bewegliche, an einem drehbar gelagerten Kontaktträger angeordnete Kontakt durch die Drehbewegung des Kontaktträgers zum Einschalten zum fest stehenden Kontakt hin bewegt und zum Ausschalten vom fest stehenden Kontakt wegbewegt. Für den Antrieb des Kontaktträgers ist eine Antriebsvorrichtung vorgesehen, welche unter anderem die Aufgabe zu erfüllen hat, die in einem Kraftspeicher gespeicherte Kraft mittels geeigneter Elemente im Bedarfsfalle auf den Kontaktträger zu übertragen.
Beim Einschalten des Niederspannungs-Leistungsschalters bei hohen Kurzschlussströmen ist es wichtig, dass die Antriebsvorrichtung in möglichst kurzer Zeit durchschaltet, das heißt, dass der bewegliche Kontakt in möglichst kurzer Zeit in eine sichere Endposition gebracht wird. Mit steigender Stromschlussdauer steigen die beim Einschalten des Antriebs zu überwindenden Kräfte mit dem Quadrat des Stromes an. Aus diesem Grunde ist es insbesondere wichtig, die Stromflussdauer bis zum Erreichen des sicheren eingeschalteten Zustandes des Antriebs möglichst gering zu halten.

Aus der Druckschrift DE 35 42 746 A1 ist beispielsweise eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter bekannt, bei der der Kontaktträger mit einer Schaltwelle verbunden ist. Die Schaltwelle wiederum ist über mindestens zwei drehbar gelagerte Verbindungselemente mit dem Kraftspeicher verbunden. Dabei sind die mindestens zwei miteinander verbundenen Verbindungselemente über eine Zuglasche gehalten, wobei die Zuglasche einerseits mit den drehbar gelagerten Verbindungselementen eine gemeinsame Drehachse besitzt und an dieser Drehachse mit den Verbindungselementen verbunden ist und andererseits an einem von dieser Drehachse beabstandeten Punkt drehbar, jedoch fest gelagert ist. Dabei ist es Aufgabe der Zuglasche, die gemeinsame Drehachse der Verbindungselemente in Bezug auf den beabstandeten, festen Punkt auf einer vorgegebenen Bahn zu halten, um hierdurch eine gewünschte Antriebskinematik zu erreichen, welche insbesondere für kurze Einschaltzeiten optimiert sein soll. Eine weitere Aufgabe der Zuglasche besteht darin, die Ausklinke des Leistungsschalters zu betätigen. Deshalb ist es vorgesehen, dass die Ausklinke durch die Zuglasche in vorbestimmten Schalterstellungen beaufschlagt wird.

Um mit den bekannten Leistungsschaltern nach dem Stand der Technik hinsichtlich eines Einschaltvorganges höhere Kurzschlussströme (zum Beispiel größer 100 kA) bewältigen zu können, ist eine Erhöhung der Antriebsenergie bzw. eine (im begrenzten Umfang mögliche) Änderung des polseitigen Energiebedarfs erforderlich. Dies ist insofern nachteilhaft, als dass eine Erhöhung der Antriebsenergie stets zu einer überdurchschnittlichen Erhöhung der Bauteilbelastung führt, wodurch die Lebensdauer des Niederspannungs-Leistungsschalters begrenzt wird. Eine weitere Möglichkeit bestünde darin, die Bauteile derart zu dimensionieren, dass sie für höhere Belas tungen ausgelegt sind, was jedoch mit einem erheblichen Kostennachteil einhergeht. Eine Verbesserung der Antriebskinematik, insbesondere eine Veränderung des festen Punktes der Zuglasche zur Erreichung geringerer Einschaltzeiten, ist nach dem Stand der Technik nicht möglich, da eine Verlegung des festen Punktes der Zuglasche, welche zu einem schnelleren Einschalten des Antriebes bzw. der Antriebsvorrichtung führen würde, aus Platzgründen nicht realisierbar ist. Vor allem wäre bei Verlegung des festen Punktes der Zuglasche die Nebenbedingung verletzt, dass die Zuglasche die Ausklinke beaufschlagen soll. Um diese Bedingung zu erfüllen, wäre eine andere Anordnung der Ausklinke und der zur Ausschaltung notwendigen Baugruppen und Bauelemente erforderlich, was wiederum einen erheblichen Aufwand erfordern würde.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter anzugeben, durch welche eine höhere Einschaltgeschwindigkeit des Niederspannungs-Leistungsschalters realisiert werden kann, ohne dass die Bauteilbelastungen erheblich erhöht werden. Weiterhin soll die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kostengünstig herstellbar sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Antriebsvorrichtung platzsparend auszubilden, so dass die Anordnung der übrigen Elemente des Niederspannungs-Leistungsschalters beibehalten werden kann.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Einschaltgeschwindigkeit eines Niederspannungs-Leistungsschalters ohne eine erhebliche Erhöhung der Bauteilbelastung erhöht werden kann. Dadurch, dass die Zuglasche mindestens drei starre Glieder aufweist, wobei das erste Glied der Zuglasche drehbeweglich um die gemeinsame Drehachse der zwei Verbindungselemente (der Antriebsvorrichtung) zwischen Schaltwelle und Kraftspeicher angeordnet und mit den zwei Verbindungselementen verbunden ist und mit dem zweiten und dritten starren Glied der Zuglasche drehbeweglich verbunden ist, wobei alle drei Glieder eine gemeinsame Drehachse aufweisen und das zweite Glied und das dritte Glied der Zuglasche jeweils drehbeweglich an einem festen Haltepunkt gehalten sind, kann durch geeignete Wahl der einzelnen Glieder der Zuglasche und der jeweils festen Haltepunkte eine deutlich verbesserte Antriebskinematik des Antriebs der Antriebsvorrichtung erreicht werden, wodurch geringere Einschaltzeiten des Niederspannungs-Leistungsschalters realisiert werden können. Durch die dreiteilige Ausgestaltung der Zuglasche kann ein für den Antriebsmechanismus günstigerer Haltepunkt der gemeinsamen Drehachse der zwei Verbindungselemente erzielt werden. Ein solcher die Geschwindigkeit des Einschaltvorganges begünstigender Haltepunkt kann durch eine einteilige Ausbildung der Zuglasche nicht erreicht werden, da die Zuglasche aufgrund der vorgegebenen Platzverhältnisse innerhalb des Niederspannungs-Leistungsschalters dann entweder nicht die Ausklinke beaufschlagen könnte oder nicht den für eine hohe Einschaltgeschwindigkeit erforderlichen Winkel zu den Verbindungselementen aufweisen würde.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der den beweglichen Kontakt tragende Kontaktträger mittels einer Koppellasche mit der Schaltwelle verbunden. Die Schaltwelle wiederum ist mittels eines ersten Verbindungselementes mit einem zweiten Verbindungselement verbunden, wobei beide Verbindungselemente eine gemeinsame Drehachse besitzen. An dieser Drehachse sind die beiden Verbindungselemente mit der Zuglasche verbunden, welche die gemeinsame Drehachse der Verbindungselemente auf einer vorgegebenen Bahn hält. Das Verbindungselement ist vorzugsweise über weitere drehbeweglich gelagerte Verbindungselemente mit einer Antriebsschwinge verbunden, welche die Kraft des Kraftspeichers, vorzugsweise einem Federkraftspeicher, auf die vorbeschriebene Antriebsvorrichtung und damit auf den Kontaktträger überträgt.

Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Winkel zwischen dem ersten Glied der Zuglasche und dem zweiten Verbindungselement im ausgeschalteten Zustand des Niederspannungs-Leistungsschalters größer ist als der Winkel zwischen dem zweiten Verbindungselement und der Verbindungslinie zwischen gemeinsamer Drehachse der beiden Verbindungselemente und dem Haltepunkt des zweiten Gliedes der Zuglasche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter im ausgeschalteten Zustand in schematischer, geschnittener Darstellung und

2 die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand in schematischer, geschnittener Darstellung.

Die Aufgabe der Antriebsvorrichtung für den Niederspannungs-Leistungsschalter 10 besteht darin, die im Kraftspeicher 36 gespeicherte Antriebsenergie auf geeignete Art und Weise auf die Schaltwelle 20 und damit auf den Kontaktträger 16 mit dem beweglich angeordneten Kontakt 14 zu übertragen, so dass der Kontaktträger 16 durch Drehung um seine Drehachse ein Schließen des festen Kontaktes 12 und des beweglich angeordneten Kontaktes 14 bewirken kann. Hierzu ist die Antriebsschwinge 34 mit dem Kraftspeicher 36 verbunden. Im Falle des Einschaltvorganges gibt der Kraftspeicher 36 die gespeicherte Kraft in Form kinetischer Energie an die Antriebsschwinge 34 ab, welche diese auf die Schublasche 32 überträgt. Mit der Schublasche 32 ist die Verbindungslasche 30 drehbeweglich verbunden, wobei diese wiederum mit der Kipplasche 28, und die Kipplasche 28 mit der Verbindungslasche 26 drehbeweglich verbunden ist. Die Verbindungslasche 26 ist über die Drehachse 38 mit dem Verbindungselement 22 (Multilasche) verbunden. Über die vorgenannten Verbindungselemente wird die Kraft vom Kraftspeicher 36 bis auf das Verbindungselement 22 (Multilasche) übertragen, welches mit der Schaltwelle 20 verbunden ist. Die Kraft des Kraftspeichers 36 wird somit über die Kette Kraftspeicher 36, Antriebsschwinge 34, Schublasche 32, Verbindungslasche 30, Kipplasche 28, Verbindungslasche 26, Multilasche 22, Schaltwelle 20, Koppellasche 18, Kontaktträger 16 übertragen. Um eine entsprechende Kraftübertragung der drehbeweglichen Verbindungselemente 22 und 26 zu erzielen, ist es notwendig, dass die gemeinsame Drehachse 38 der Verbindungselemente 22, 26 auf einer vorgegebenen Bahn gehalten wird. Diese Funktion erfüllt die Zuglasche (bestehend aus 24a, 24b, 24c), welche erfindungsgemäß mindestens drei Glieder aufweist. Die Zuglasche weist in einer bevorzugten Ausführungsvariante ein erstes Glied 24a auf, welches einerseits mit den Verbindungselementen 22 und 26 verbunden und drehbar um die Drehachse 38 gelagert und andererseits mit dem zweiten Glied 24b und dem dritten Glied 24c der Zuglasche verbunden ist, wobei alle drei Glieder 24a, 24b, 24c die gemeinsame Drehachse 40 aufweisen. Das zweite Glied 24b wird an seinem zweiten Ende am festen Punkt 42 drehbeweglich fixiert, das dritte Glied 24c der Zuglasche wird an seinem zweiten Ende am festen Haltepunkt 24c fixiert. Durch die dreiteilige Ausgestaltung der Zuglasche (bestehend aus 24a, 24b, 24c) kann ein größerer Winkel zwischen dem Verbindungselement 26 und erstem Glied 24a der Zuglasche im Gegensatz zu einer einteiligen Ausbildung einer Zuglasche nach dem Stand der Technik realisiert werden, wodurch eine höhere Einschaltgeschwindigkeit durch eine höhere kinetische Energie der Antriebskinematik, insbesondere günstigere Winkelverhältnisse zwischen den Verbindungselementen 22 und 26 realisiert werden kann. Ein solcher günstiger Winkel zwischen Zuglasche und Verbindungselement 26 kann nach dem Stand der Technik deshalb nicht erzielt werden, da in diesem Fall der feste Haltepunkt der Zuglasche in einem innerhalb des Niederspannungs-Leistungsschalters 10 nicht zugänglichen Bereich angeordnet werden müsste, wodurch eine Beaufschlagung der Ausklinke 46 nicht mehr realisiert werden könnte.

2 zeigt die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter 10 im eingeschalteten Zustand. Durch die Beaufschlagung der Antriebsschwinge 34 durch den Kraftspeicher 36 ist die Schublasche 32 in Richtung des Kontaktträgers 16 bewegt worden. Hierdurch ist die im ausgeschalteten Zustand nahezu vertikal angeordnete Kipplasche 28 in eine nahezu waagerechte Position abgekippt, wodurch die gemeinsame Drehachse der Kipplasche 28 mit dem Verbindungselement 26 in Richtung des Kontaktträgers 16 bewegt worden ist. Aufgrund der von der Zuglasche 24a, 24b, 24c auf die Drehachse 38 ausgeübten Zugkräfte wird das Verbindungselement 22 ebenfalls in Richtung des Kontaktträgers 16 bewegt, wodurch die Schaltwelle 20 zu einer Drehbewegung veran lasst wird, welche zum Schließen der Kontakte 12, 14 führt. Durch die dreiteilige Ausgestaltung der Zuglasche 24a, 24b, 24c ist erfindungsgemäß die kinetische Energie der Schlosskette erhöht worden, wodurch eine geringere Einschaltzeit für den Niederspannungs-Leistungsschalter 10 realisiert werden kann.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Antriebsvorrichtung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter (10) zum Hin- und Wegbewegen eines an einem drehbar gelagerten Kontaktträger (16) angeordneten beweglichen Kontaktes (14) zu oder von einem mindestens einem festen Kontakt (12), wobei der Kontaktträger (16) mit einer Schaltwelle (20) verbunden ist, welche durch mindestens zwei drehbeweglich gelagerte Verbindungselemente (22, 26) mit einem Kraftspeicher (36) verbunden ist, wobei die zwei Verbindungselemente (22, 26) eine gemeinsame Drehachse (38) aufweisen und dort mit mindestens einer Zuglasche (24a, 24b, 24c) verbunden sind, welche an einem festen Punkt (42) drehbeweglich gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuglasche mindestens drei starre Glieder (24a, 24b, 24c) aufweist, wobei das erste starre Glied (24a) der Zuglasche drehbeweglich um die gemeinsame Drehachse (38) angeordnet und mit den zwei Verbindungselementen (22, 26) verbunden ist und mit dem zweiten starren Glied (24b) und dem dritten starren Glied (24c) der Zuglasche drehbeweglich verbunden ist, wobei alle Glieder (24a, 24b, 24c) eine gemeinsame Drehachse (40) aufweisen und das zweite Glied (24b) und das dritte Glied (24c) der Zuglasche jeweils drehbeweglich an einem festen Haltepunkt (42, 44) gehalten sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausklinke (46) durch die Zuglasche (24a, 24b, 24c) beaufschlagbar oder beaufschlagt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) eine Lasche ist, welche drehbeweglich mit der Schaltwelle (20), dem Verbindungselement (26) und dem ersten Glied (24a) der Zuglasche verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (26) eine Verbindungslasche ist, welche drehbeweglich mit einer Kipplasche (28), dem Verbindungselement (22) und dem ersten Glied (24a) der Zuglasche verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kipplasche (28) drehbeweglich mit dem Verbindungselement (26) und einer Verbindungslasche (30) verbunden ist, wobei die Verbindungslasche (30) drehbeweglich mit einer Schublasche (32) verbunden ist, welche drehbeweglich mit einer Antriebsschwinge (34) verbunden ist, welche mit dem Kraftspeicher (36) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (36) ein Federkraftspeicher ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen dem ersten Glied (24a) der Zuglasche und dem Verbindungselement (26) im ausgeschalteten Zustand des Niederspannungs-Leistungsschalters (10) größer ist als der Winkel zwischen dem Verbindungselement (26) und der Verbindungslinie zwischen gemeinsamer Drehachse (38) der Verbindungselemente (22, 26) und dem Haltepunkt (42) des zweiten Gliedes (24b) der Zuglasche.