DE1223925B - Elektrischer Schalter mit Schwungmassenantrieb - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-40/50

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

S85449VIIId/21c

29. Mai 1963

1. September 1966

In der neuzeitlichen Schaltertechnik ist es bei Schaltern für Kurzunterbrechung notwendig, unmittelbar nach der Abschaltung wieder einzuschalten. Besteht der Kurzschluß weiter, so wiederholt sich dieses Schaltspiel nach ein- oder zweimal, wobei das Zeitintervall zwischen Aus- und Wiedereinschaltung meist in der Größe von 0,2 ... 0,3 s liegt. Bei Synchronschalterri hat es sich ebenfalls als notwendig erwiesen, beispielsweise bei einer Umschlagstörung unmittelbar nach der Ausschaltung wieder einzuschalten, wobei das Zeitintervall jedoch nur 1 ... 2 ms betragen darf. Die Schalter für Kurzunterbrechung arbeiten bisher vornehmlich mit Federspeicherantrieben, wobei die Energie für das Aus- und Einschalten in mehreren Federn gespeichert wird; es sind auch Druckluft- und Motorantriebe zur Anwendung gelangt. Der Aufwand ist aber jeweils verhältnismäßig groß. Bei Synchronschaltern ist bisher die Wiedereinschaltung vornehmlich^: durch Druckgasarttriebe oder elektrodynamische Antriebe bewirkt worden. Im ersteren Fall müssen Ventile betätigt werden, was erhebliche Zeitverzögerungen ergibt, im zweiten Fall kann zwar die Wiedereinschaltung sehr schnell erfolgen, jedoch fällt der Aufwand an Kondensatoren und Schaltmitteln sehr ins Gewicht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit Schwungmassenantrieb, insbesondere für kurz aufeinanderfolgende Aus- und Einschaltvorgänge. Sie besteht darin, daß die Energie für die Schaltbewegungen einer rotierenden Masse entnommen wird, die mindestens bei einem Ausschaltbefehl in Rotation versetzt wird und nach Erreichen einer Rotationsenergie, die für mehrere kurz aufeinanderfolgende Schaltbewegungen ausreicht, über tangential bewegte, in Aus- bzw. Einschaltrichtung wirkende Kupplungshebel mit dem beweglichen Schaltstück verbunden wird.

Der Schalter nach der Erfindung ermöglicht es, in schneller Folge Aus- und Wiedereinschaltungen vorzunehmen. Bei motorisch angetriebenen Schaltern ist es an sich bekannt, die Energie für die Einschaltbewegung einer rotierenden Masse zu entnehmen, wobei eine Ausschaltfeder gespännt wird. Diesen bekannten, sehr komplizierten Schalterantrieben gegenüber wird durch die Erfindung eine erhebliche Vereinfachung erreicht; die tangential zur rotierenden Masse bewegten Kupplungshebel können mit sehr kleinen Massen ausgeführt werden, wodurch es möglich ist, den Einkupplungsvorgang in Bruchteilen einer Millisekunde zu bewerkstelligen, was insbesondere für Synchronschalter von Bedeutung ist.

Fig. 1 stellt das Kontaktsystem eines Schalters Elektrischer Schalter mit Schwungmassenantrieb

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. se. techn. Dr. Ing. e. h. Fritz Kesselring,

Küsnacht bei Zürich (Schweiz)

nebst Antrieb, insbesondere für Betätigung bei Kurz-Unterbrechung, dar;

F i g. 2 und 3 geben einen Synchronschalter mit Schnellwiedereinschaltung und in

Fig. 4 wird die Wirkungsweise der Synchronsteuerung erläutert.

. In F i g. 1 bedeutet 1 den, düsenförmigen, feststehenden Kontakt, 2 den beweglichen Kontakt, der über den Stift 3 gelenkartig mit der Gabel 4 verbunden ist. Die beiden Schenkel der Gabel 4 weisen auf der Innenseite Zahnstangen 5 ;und 6 auf; 7 ist ein Ritzel, das beispielsweise über eine nicht dargestellte Reibungskupplung mit der rotierenden Masse 8 verbunden ist. Die Masse 8 kann z. B. über eine Isoh'erwelle mit einem auf Erdpotential befindlichen Motor in Verbindung stehen, der gleichzeitig mit dem Ausschaltbefehl in Gang gesetzt wird. Mit 12 und 13 sind Steuermagneten bezeichnet, die eis Zugmagneten ausgebildet sind. Soll ausgeschaltet werden, so wird der Steuermagnet 12 erregt; das hat zur Folge, daß sich sein Kern nach rechts bewegt und damit die Zahnstange 5 der Gabel 4 um die Achse 3 im Gegenuhrzeigersinn dreht, wodurch der Eingriff mit dem Zahnrad 7, das in der angegebenen Pfeilrichtung rotiert, zustande kommt. Daraufhin bewegt sich der Kontakt 2 in Ausschaltrichtung bis zum Anschlag 9, wobei der Eingriff der Zahnstange 5 mit dem Zahnrad 7 durch den Magneten 12 so lange aufrechterhalten bleibt, bis das untere abgeschrägte Ende der Zahnstange 5 kurz vor Erreichen der Endstellung auf den Stift 10 aufläuft. Dadurch wird der Eingriff zwischen der Zahnstange 5 und dem Zahnrad 7 wieder aufgehoben. In diesem Augenblick ist die Ausschaltung beendet; der Eisenkern 12 wird durch die

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auf den Stift 10 auftreffende Gabel wieder in die ge- gedeutet. Die Kraft F erreicht zur Zeit t_t ihren Wert

zeichnete Lage zurückbewegt. Null; schon vorher bewegt sich aber der Leiter 56

Soll kurz nach Erreichen der Ausschaltung wieder unter der Wirkung der Feder 80 wieder in die geeingeschaltet werden, so wird der Steuermagnet 13 zeichnete Lage zurück und bleibt dann während der erregt, der die Gabel 4 im Uhrzeigersinn bewegt, wo- 5 ,Zeit t_t bis t₂ dort stehen, da er durch die Kraft F bei die Zahnstange 6 mit dem Zahnrad 7 zum Ein- nun gegen den Anschlag gedruckt wird,
griff kommt, was die Wiedereinschaltung des Schal- Mit der Bewegung des Leiters 56 nach rechts wird ters zur Folge hat. Die Freigabe der Zahnstange 6 über die Stange55 (s. Fig. 2) das Ventil 54 gegen erfolgt hierbei in entsprechender Weise durch den den unter Hochdruck stehenden Raum geöffnet. Es Stift 11. Der Kontakt 2 wird durch Reibung im io tritt Druckgas hinter den Kolben 52, der sich nun Düsenkontakt 1 festgehalten. entgegen der Feder 53 in dem Maße wie der Druck

In Fig. 2 bedeutet 21 einen Isolierzylinder, der im ansteigt nach rechts bewegt. Bei Erreichen des wesentlichen die Schaltkammer bildet. 22 ist der fest- Strommaximums wird durch den Leiter 56 das Venstehenden düsenförmige Kontakt, 23 der bewegliche til 54 gegen den Hochdruckraum geschlossen und Kontakt, der über die Kontaktrollen 24 und die la- 15 zum Niederdruckraum (ND) geöffnet. Infolgedessen mellierte Kontaktbrücke 25 in leitender Verbindung bewegt sich der Kolben 52 unter dem Einfluß der mit dem Metallzylinder 26 steht. Das Teil 25 a dient Feder 53 nach links. Der Weg der mit dem Kolben zur Fixierung der Kontaktbrücke 25. Die Schalt- 52 fest verbundenen Kolbenstange 57 ist in F i g. 4 stange 27 ist mechanisch mit den Doppelhebeln 28 mit χ bezeichnet. Wird die Strecke X₀ überschritten, und 29 verbunden, an deren Enden die Klinken- 20 so dreht sich der Winkelhebel 58 im Gegenuhrzeigerhebel 30 und 31 angelenkt sind, die durch die Federn s_mn. und kommt daher beim Rücklauf der Kolben-32 und 33 gegen die Stifte 34 und 35 gedrückt wer- stange 57 über die Rast 58 a mit dieser in kraftschlüsden. 36 ist eine rotierende Masse, die an ihrem Um- _sig_e Verbindung. Der Hebel 59 dreht sich im Uhrzeifang einen Zahnkranz 37 trägt. Sie wird über das gersinn und bringt dadurch den Hebel 30 mit dem Ratschengetriebe 38, 39, 40 durch Bewegung der 25 Zahnkranz 37 der rotierenden Masse 36 in Verbin-Isolierstange 41 in Pfeilrichtung in Rotation versetzt. dung. Durch die kinetische Energie der Masse 36 Der Antrieb der Isolierstange 41 kann beispielsweise _wi_rd über den Hebel 28 der bewegliche Kontakt 23 durch einen .auf Erdpotential angeordneten, nicht mit großer Geschwindigkeit in die Ausschaltstellung dargestellten Druckgasantrieb erfolgen. Der Innen- gebracht. Aus Fig. 4 erkennt man, daß der Weg χ raum der Schaltkammer 21 steht über die Öffnung 42 30 der Kolbenstange 57 um so größer wird, je langer die mit einem Druckgasspeicher in Verbindung. Zeit % ist. Wird der Weg X₀, der dem kleinsten Wert

Das Synchronsteuergerät 50 besteht im wesent- von τ entspricht, bei dem gerade noch eine Auslichen aus dem Zylinder 51, dem Kolben 52, der lösung zustande kommt, nicht erreicht, so bleibt der Feder 53 und dem Doppelventil 54, das über die Hebel 58 in der gezeichneten Lage stehen. Bei län-Stange55 mit einem beweglichen Leiter 56 gekop- 35 geren Halbwellen erfolgt, wie dies aus F i g. 4 ersichtpelt ist. Die Kolbenstange 57 kommt beim Rücklauf Hch ist, die Auslösung immer <am die gleiche Zeitauf noch zu erläuternde Weise mit dem Winkel 58 in spanne Δ t vor dem Stromnulldurchgang. Der so gekraftschlüssige Verbindung, wodurch der Doppel- schilderte Ausschaltvorgang kann aber nur ablaufen, hebel 59 im Uhrzeigersinn sich entgegen der Feder _wenn die Auslösestange 61 sich in der gezeichneten 60 dreht. 61 ist die von Hand oder vom Überstrom- 40 »Auslösestellung« befindet. Wird sie nach rechts schutz zu betätigende Auslösestange. verschoben, bis sie in Berührung mit dem senkrecht

Der bewegliche Leiter 56 (vgl. hierzu auch F ig. 3) stehenden Teil des Winkelhebels 58 kommt, so ist liegt im Sekundärkreis eines Luftspaltwandlers auch bei Überstrom eine Auslösung nicht möglich, (I-Wandler) 70 mit den Luftspalten 71, dessen Erre- da sich der Winkelhebel 58 nicht drehen kann. Angung durch den Strom Z₁ in dem Anschlußbolzen 72 45 dererseits erfolgt bei Freigabe der Auslösung durch erfolgt. 73 ist ein ebenfalls vom Strom I₁ erregtes die Auslösestange 61 die Synchronbetätigung immer Magnetsystem, in dessen Luftspalt sich der Leiter 56 ordnungsgemäß, und zwar unabhängig davon, zu bewegt. Die Sekundärwicklung 74 steht über die fle- welchem Zeitpunkt die Auslösestange 61 nach links xiblen Verbindungen 75 und 76 mit dem um die bewegt wird.

Achse 77 drehbaren Leiter 56 in Verbindung. Das 50 Bei jedem mehrpoligen Synchronschalter besteht

obere Ende des Leiters 56 ist über die Lasche 78 die Möglichkeit, daß aus irgendwelchen Umständen

mit dem Hebel 79 verbunden. Leiter 56 und Hebel die Löschung in dem angesteuerten Stromnulldurch-

79 werden durch die Feder 80 in der gezeichneten _gang nicht zustande kommt oder daß eine sogenannte

Lage gehalten. Umschlagstörung auftritt. Es muß dann der Schalter

Die Wirkungsweise des Synchronschalters nach 55 sofort wieder in die Einschaltstellung gebracht werden Fig. 2 und 3 ist folgende: Bei ansteigendem den, wobei Vorsorge zu treffen ist, daß er beim StromZ₁ (s. Fig. 4) wird durch den I-Wandler 70 in nächsten Nulldurchgang wieder synchron abschalten dem Leiter 56 ein gegenüber.^ um etwa 90° phasen- kann. Dies kommt nun bei der Anordnung gemäß verschobener Strom i₂ erzeugt, der mit der Induk- Fig. 2 auf folgende Weise zustande: Bei wiedertion B₀ im Luftspalt des Gleitspulsystems 73 eine 60 ansteigendem Strom I₁ bewegt sich der Leiter 56, wie Kraft F nach der Formel bereits erläutert, nach rechts, wodurch der Hebel 79 p — _cßi im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. In der Aus-^{0 2} schaltstellung befindet sich nun der Ansatz 81 auf

erzeugt, wobei « die wirksame Länge des Leiters 56 dem Hebel 31 gegenüber dem oberen Ende des bedeutet. Von t₀ bis ^₁ (vgl. Fig. 4) ist diese Kraft 65 Hebels 79, so daß bei dessen Drehung der Hebel 31 negativ und bewegt den Leiter 56 (Fig. 2 und 3) in den Zahnkranz 37 einklinkt und der Schalter wieschlagartig nach rechts bis zum Anschlag. In F i g. 4 der in die gezeichnete Einschaltstellung gebracht ist die Bewegung des Leiters 56 durch die Linie s an- wird, in der er durch die Kontaktrollen 24, die gegen

die kegelige Fläche des Kontaktes 23 drücken, festgehalten wird. Die darüber befindliche Rille dient zur Fixierung des Schalters in der Ausschaltstellung. Man erkennt, daß es mit Hilfe der rotierenden Masse 36, bei nur kleinen Steuerkräften, erzeugt durch das Synchronsteuersystem 50 oind dem Leiter 56, möglich ist, einen Hochleistungsschalter unmittelbar in Zeiten von einigen Millisekunden ein- und auszuschalten. Um die Schläge auf die Zähne des Zahnkranzes 37 in zulässigen Grenzen zu halten, wird man zwischen die bewegten Massen, gegeben vornehmlich durch den beweglichen Kontakt 23, ein elastisches Glied .einschalten, beispielsweise dadurch, daß die Hebel 28 und 29 eine gewisse elastische Nachgiebigkeit aufweisen. An Stelle des Zahnrades 38 mit Klinke 40 kann auch ein .glattes oder mit konischer Nut versehenes, an sich bekanntes Reibradgesperre zur Anwendung gelangen.

Claims (4)

Patentansprüche: ao

1. Elektrischer Schalter mit Schwungmassenantrieb, insbesondere für kurz aufeinanderfolgende Aus- und Einschaltvorgänge, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie für die Schaltbewegungen einer rotierenden Masse (8) entnommen wird, die mindestens bei einem Ausschaltbefehl in Rotation versetzt wird und nach Erreichen einer Rotationsenergie, die für mehrere kurz aufeinanderfolgende Schaltbewegungen ausreicht, über tangential bewegte, in Aus- bzw. Einschaltrichtung wirkende Kupplungshebel (5, 6) mit dem beweglichen Schaltstück (2) verbunden wird (F i g. 1).

2. Wechselstrom-Synchronschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungshebel (30, 31) durch einen beweglichen Leiter (56) gesteuert werden, der im Luftspalt eines primär vom zu unterbrechenden Strom erregten Magnetkreises (73) angeordnet und von einem gegenüber dem zu unterbrechenden Strom um etwa 90° phasenverschobenen Strom durchflossen ist (Fig. 2 -und 3).

3. Synchronschalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein pneumatisches Zeitmeßsystem, bei dem der bewegliche Leiter (56) über Ventile (54) den Ein- und Auslaß des Druckgases in der Weise steuert, daß das System etwa im Nulldurchgang des zu unterbrechenden Stromes in Lauf gesetzt, nach Ablauf der ansteigenden Viertelwelle (Dauer τ) etwa im Scheitelpunkt auf Rücklauf umgesteuert wird und während des Rücklaufs im Zeitpunkt (τ-Δ t) nach dem Scheitelpunkt die Entkupplung in Ausschaltrichtung des Schalters dann und nur dann bewirkt, wenn τ mindestens so groß wie Δ t war (F i g. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 603 352, 608 672,
695;

Betriebshütte, Bd. I,

4. Auflage, Berlin, 1954,
S. 642 bis 643.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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