DE2106084A1

DE2106084A1 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE2106084A1
Application number: DE19712106084
Authority: DE
Inventors: Chuzo Fuchu Kojima Yoshihiro Tachikawa Tokio Yamaguchi Toshiyuki Anyama Yasuo Tokio Takeda, (Japan)
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1970-02-09
Filing date: 1971-02-09
Publication date: 1971-08-19
Also published as: US3639865A; JPS4946180B1; GB1290294A

Description

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEUNR. 28 SS 41 TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MÖNCHEN 2,

Case 4-6P001-3
5/Pe

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd., Kawasaki-shi (Japan)

Leistungsschalter

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere einen Leistungsschalter, der es ermöglicht, eine augenblickliche Unterbrechung eines Überstromes zu bewirken, der während des Betriebs des Leitungsschalters eingeleitet wird.

Ein Hochgeschwindigkeits-Leistungsschalter, der beispielsweise in einem elektrischen Zug verwendet wird, wird betätigt, indem Druckluft in einen Zylinder über ein elektromagnetisches Ventil,eingeleitet wird, eine Isolierstange durch einen Kolben vorgeschoben wird und ein bewegliches Kontaktglied in Kontakt mit einem feststehenden Kontaktglied gebracht wird. Wenn der Leistungsschalter einmal in Betrieb gesetzt ist, hält ein Elektromagnet, der durch eine Haltespule erregt wird, den Kontakt zwischen den Kontaktgliedern aufrecht. Folglich wird

109834/

der Kontakt auch dann aufrechterhalten, wenn die Isolierstange durch Entfernen der Druckluft aus dem Zylinder in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht wird. Unterbrechungen werden unterteilt in normale Unterbrechungen und Überstrom-Unterbrechungen. Normale Unterbrechungen werden durch Entmagnetisieren eines Elektromagneten bewirkt. Überstrom-Unterbrechungen kommen dadurch zustande, daß die Halterkraft der Haltespule durch den Durchgang des Überstromes durch eine Aus» lösespule aufgehoben wird. Die Haltespule und die Auslösespule werden in bezug auf den Überstrom unterschiedlich betätigt.

Ein Leistungsschalter der zuvor erwähnten Bauweise, ist nicht in der Lage, einen Überstrom zu unterbrechen, der eingeleitet wird, wenn das bewegliche Kontaktglied durch Verschieben der Isolierstange mit dem feststehenden Kontaktglied in Berührung gebracht worden ist, sofern es nicht vollständig in seine Ausgangsstellung zurückgekehrt ist. Diesem Leistungsschalter fehlt es an Sicherheit, da kein freier Auslösemechanismus vorhanden ist. Da die Halte- und Auslösespule in bezug auf den Überstrom unterschiedlich betätigt werden, sollte der durch die Haltespule verlaufende Strom eine vorgeschriebene Richtung haben. Ein Überstrom dagegen hat nicht stets eine festliegende Richtung. Weiterhin bereiten die zuvor erwähnten Leistungsschalter Schwierigkeiten bei der wählweisen Anzeige einer normalen und einer Überstrom-Unterbrechung.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter zu schaffen, der insofern verbessert ist,.als er einen freien Auslösemechanismus aufweist, der durch die Richtung der Überstromes wenig beeinflußt wird und eine einfache Unterscheidung zwischen normaler Unterbrechung und Uber-

108834/1187

Stromunterbrechung möglich macht.

Der erfindungsgemäße Leistungsschalter ist gekennzeichnet durch ein feststehendes Kontaktglied, das an einem Ende des Leistungsschalters über eine Überstrom-Registrierspule angebracht ist, durch einen ersten beweglichen Arm, der an einem Ende mit einem beweglichen Kontaktglied versehen ist, das mit der anderen Klemme des Leistungsschalters verbunden ist, so daß die beiden Klemmen durch lösbare Verbindung des beweglichen Kontaktgliedes mit dem feststehenden Kontaktglied verbunden und getrennt werden, durch einen zweiten beweglichen Arm, der an einem Ende mit einer Achse versehen ist, die den beweglichen Arm in ihrem Mittelpunkt drehbar stützt, und die drehbar am anderen Ende durch eine feststehende Achse gestützt wird; durch eine Verbindungseinrichtung zur verbundenen Verschiebung des ersten und zweiten beweglichen Arms, wenn ein Antriebspunkt für den ersten beweglichen Arm zwischen dessen Drehpunkt und dem Punkt, an dem das andere Ende des ersten beweglichen Arms mit dem zweiten beweglichen Arm verbunden ist, so verschoben wird, daß die Kontaktglieder miteinander in Berührung gebracht werden, durch Mechanismen zum Trennen der Verbindungseinrichtungen bei der Einleitung von überstrom, durch eine Einrichtung zum Normalverschieben des ersten beweglichen,Arms zwischen dem Antriebspunkt und dem beweglichen Kontaktglied, so daß das feststehende und das bewegliche Kontaktglied getrennt werden, durch Antriebsmechanismen zum Vorschieben eines beweglichen Gliedes in einer Richtung zur gegenseitigen Kontaktgabe der Kontaktglieder, die gegen den Antriebspunkt zur Erzielung der gegenseitigen Verbindung drückt und beim Lösen das bewegliche Glied weiterverschiebt, so daß die Kontaktglieder voneinander getrennt werden, und durch Einrichtungen zum wahlweisen Anzeigen

109834/1197

normaler und auf einem Überstrom beruhender Unterbrechungen aus der Berührungsstellung der Kontaktglieder.

Erfindungsgemäß wird in dem Falle, in dem das bewegliche Kontaktglied durch Verschieben des Antriebsmechanismus in Berührung mit dem feststehenden Kontaktglied gebracht wird, d. h., wenn der Leistungsschalter in Betrieb ist, wenn ein Überstrom eingeleitet wird, die Yerbindungseinrichtung durch Einwirkung eines Elektromagneten, der durch den durch eine zugehörige Spule fließenden Überstrom erregt wird, getrennt. Bei dieser Trennung rückt das bewegliche Glied des Antriebsmechanismus weiter vor und dreht den ersten beweglichen Arm im Gegenuhrzeigersinn, so daß die Kontaktglieder getrennt werden. Das bedeutet, daß die vorliegende Erfindung ein freies Auslösen in bezug auf den Überstrom ermöglicht. Diese Trennung geht auf die Wirkung eines durch den Überstrom erregten Elektromagneten zurück und wird durch dessen Sichtung nicht beeinflußt. Weiterhin ist die Verschiebung des beweglichen Gliedes des Antriebsmechanismus aus dessen unterster Stellung unterschiedlich bei Normalunterbrechungen und Unterbrechungen aufgrund von Überstrom, so daß es leicht möglich ist, diese beiden Arten der·Unterbrechung getrennt durch Verwendung der unterschiedlichen Verschiebungsgrade anzuzeigen.

Im folgenden werden beispielsweise, bevorzugte Aaisführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in teilweisem Schnitt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters, wobei die Kontaktglieder getrennt bleiben.

109834/1197

2 zeigt die Betriebsbedingtingen des Leistungsschalters der Fig. 1, wobei einige Teile weggelassen, sind.

Fig. 3 betrifft den Fall, da die Kontaktglieder voneinander bei Einleitung eines Überstromes getrennt sind, und zwar in der Betriebsstellung der Fig. 2;

Fig. A-A bis 4P zeigen Abwandlungsformen des zusätzlichen Kontaktmechanismus, der bei einer,v/ahlweisen Anzeigevorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.

Entsprechend Fig. 1 ist ein gabelförmiges, feststehendes Kontaktglied 1 mit einer Ausgangsklemme 4 eines Leistungsschalters über eine Löschspule 2 und eine Überstrom-Registrierspule 3 verbunden. Ein erster beweglicher Arm 5 steht mit der ande- ^: ren Ausgangsklemme 7 des Leistungsschalters über eine flexible Leitung 6 in Verbindung. Ein Ende des beweglichen Arms 5 ist zu einem gabelförmigen, beweglichen Kontaktglied 8 zum Herstellen eines Stromkreises über die beiden Klemmen 4 und 7 des Leistungsschalters geformt. Ein zweiter, beweglicher Arm 12 ist drehbar auf der feststehenden Achse 10 angeordnet, die in ein feststehendes Teil 9 eingefügt ist. Eine drehbare Achse 13, die an einem Ende des zweiten beweglichen Arms 12 angebracht ist, trägt den ersten beweglichen Arm 5 drehbar in der Nähe seines Mittelpunktes. Am anderen Ende des beweglichen Arms 5 ist ein Nocken 14 mit einer Nockenfläche 14a vorgesehen. An-dem anderen Ende des zweiten beweglichen Arms 12 ist ein Arm 16 angebracht, der sich um eine Drehachse 15, die in den zweiten beweglichen Arm 12 eingesetzt ist, unter der im Uhrzeigersinn v/irkenden Kraft der Feder 17 im Uhrzeigersinn drehen kann. Der Arm 16 trägt eine Rolle 18, die an dessen Ende befestigt ist und auf der Nockenoberflache 14a laufen kann, sowie

10 9 8 3 4/1197

einen Vorsprung 16a, der sich an einem Zwischenpunkt des Armes 16 "befindet.

Gegenüber dem Eisenkern 19 ist ein weiterer "beweglicher Eisenkern 20 vorgesehen. Der Eisenkern 19 wird durch den Überstrom, der durch die Überstromspule 3 verläuft, erregt. An dem "beweglichen Eisenkern 20 ist ein Arm 23 befestigt, der um die feststehende Achse.22 drehbar ist. An einem Vorsprung 23a des Armes 23 ist eine Vorspannfeder 24 angebracht, die den Arm 23 im Uhrzeigersinn dreht. Der Antriebsmechanismus besteht aus einem Zylinder 27» einem Kolben 29, der durch eine Feder 28 in Richtung einer Trennung der Kontaktglieder 1 und 8 gedruckt wird, einem beweglichen Glied 33 mit einem Isolierteil 30, das in Richtung des Teiles 32 durch den Kolben 29 bewegt wird, und einem elektromagnetischen Ventil 35, das Druckluft auf die untere Oberfläche des Kolbens aufbringt und die Luft bei Bedarf abläßt. Am Ende des beweglichen Gliedes 33 ist eine Rolle 36 vorgesehen. Zwischen der Achse 13 und dem Zylinder 27 ist eine Rückholfeder 37 angeordnet. Die Bezugsziffer 38 bezeichnet eine Bogenlöscheinrichtung, die Bezugsziffer 40 bezieht sich auf einen zusätzlichen Kontaktmechanismus, der für eine Vorrichtung zur wahlweisen Anzeige einer Normalunterbrechung bzw. einer Überstrom-Unterbrechung verwendet wird. Der zusätzliche Kontaktmechnismus 40 weist ein Verschiebeglied 39 auf, das in Richtung des Pfeiles 32 entsprechend der Achse des beweglichen Gliedes 33 verschoben wird, einen Nocken 41 mit einer gestuften Nockenoberfläche mit niedrigen und hohen Ebenen 41a und 41b und eine Rolle 43, die das bewegliche Kontaktglied 42a der Kontakteinrichtung 42, die sich in dem zusätzlichen Kontaktmechanismus 45 befindet, lösbar gegen das feststehende Kontaktglied 42b der Kontakteinrichtung 42 drückt. Die Bezugsziffer 44 bezieht sich auf Isoliermaterial.

109834/1197

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Leistungsschalters beschrieben werden. Wenn entsprechend Fig. 1 durch Erregen des elektromagnetischen Ventils 35. Druckluft auf die Unterseite des Kolbens 29 aufgebracht wird, wird die Rolle 36 nach oben gedruckt und stößt gegen den Antriebspunkt 46 des beweglichen Armes 5. Der erste bewegliche Arm 5 tritt mit dem ^weiten beweglichen Arm 12 in Verbindung, indem die Eolle 18 über die Nockenoberfläche IAa rollt. Beide Arme 5 und 12 werden miteinander nach oben gedreht und bewirken dadurch, daß die Kontaktglieder 1 und 8 auf die angegebene Art in Berührung gebracht werden. Sofern nicht die Druckluft aus dem Zylinder 28 abgelassen wird, wird der Leistungsschalter in Betriebsstellung gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird das bewegliche ülied 33 über eine Entfernung 1 nach oben bewegt und folglich wird der Nocken 41 um die Strecke 1 angehoben. Da unter diesen Bedingungen die Eolle 43 die untere Fläche 41a des Nocken 41 berührt, werden die Kontaktglieder 42a und 42b getrennt.

Normalunterbrechungen werden wie folgt bewirkt. Wenn die Druckluft unterhalb des Kolbens 29 durch Betätigung des elektromagnetischen Ventils 35 abgelassen wird, fällt die Antriebsrolle 46 unter Einwirkung der Feder 28 schnell nach unten und der erste und zweite bewegliche Arm 5 und 12 drehen sich in Verbindung miteinander, so daß die Kontaktglieder 1 und 8 getrennt werden. Die Endstellung der Normalunterbrechung ist dieselbe, wie diejenige vor Inbetriebsetzung des Leistungsschalters, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt berührt die Eolle 43 die untere Ebene 43a des Nocken 41, so daß die Kontaktglieder 42a und 42b voneinander "gelöst werden. Wenn · ein Überstrom durch die Überstromspule 3 verläuft, wird der bewegliche Eisenkern 20 entsprechend Fig. 3 in Richtung des

109834/1 197

feststehenden Eisenkerns 19 gezogen und bewirkt, daß der Vorsprung 23b des beweglichen Arms 23 im Gegenuhrζexgersinn gedreht wird und die Rolle 25 gegen den Kopf des Vorsprunges 16a des Arms 16 anschlägt und die Rolle 18 von dem, Nocken 14-trennt. Entsprechend wird das bewegliche Glied 33 weiterhin um eine Entfernung 1' nach oben gedrückt und hebt den Antriebspunkt 4-6 an. Da die Rückholfeder 37 zu diesem Zeitpunkt die Drehachse 13 nach unten zieht, dreht sich das bewegliche Kontaktglied 8 augenblicklich im Gegenuhrzeigersinn und bewirkt eine schnelle Unterbrechung des Überstromes. Bei dieser Unterbrechung wird die Kraft der Druckluft, die das bewegliche Glied 33 anhebt, zu der Kraft hinzuaddiert, die das bewegliche' Kontaktglied 8 von dem feststehenden Kontaktglied 1 trennt, so daß die Trennung der beiden Kontaktglieder und damit die Bogenbildung beschleunigt werden. Wenn das elektromagnetische Ventil 35 nach Unterbrechung des Überstroms entmagnetisiert ist, wird wieder die Lage der Fig. 1 eingenommen. Eine erneute Erregung dieses Ventils zu diesem Zeitpunkt macht den Leistungsschalter für einen nachfolgenden Einsatz bereit.

Fig. 4- zeigt Abwandlungsformen eines zusätzlichen Kontaktmechanismus, der der Arbeitsweise des Leistungsschalters und der durch diesen durchgeführten Unterbrechung hinzugefügt wird. In den Fig. 4- werden der Nocken sowie dessen untere und obere Fläche unabhängig von ihrer Form mit derselben Bezugsziffer bezeichnet. Der Nocken 4-1 kann sich frei in Richtung des Teiles 32 bewegen, und die Rolle 4-3 kann in Richtung des Pfeiles 4-7 verschoben werden.

Entsprechend Fig. 4-C, d. h. bei den Unterbrechungsbedingungen der Fig. 1, nimmt der Nocken 4-1 die durch durchgezogene Linien wiedergegebene Stellung ein und die Rolle 4-3 befindet sich

109834/1 197

auf der -unteren Nockenflache 41a und beläßt die Kontaktglieder 42a und 42b getrennt. Bei den Betriebsbedingungen der Fig. 2 bewegt sich der Nocken 41 um die Entfernung I₁ die Rolle bleibt Jedoch auf der Oberfläche 41a. Daher sind die Kontaktglieder geöffnet. Bei der Unterbrechung durch Überstrom wird der Nocken 41 weiter um die Entfernung 1' verschoben und die Rolle 43 berührt die obere Nockenfläche 41b und bewirkt, daß die Kontaktglieder 42a und 42b in Berührung miteinander kommen. Im Falle der Normalunterbrechung wird das bewegliche Glied 33 nach unten verschoben, so daß die Rolle 43 gegen die untere Nockenfläche 41a anschlägt und bewirkt, daß die Kontaktglieder 42a und 42b getrennt werden. So können Normalunterbrechungen und Unterbrechungen aufgrund von Überstrom auf einfache Art getrennt durchgeführt werden. Der Nocken 41 kann in der Form so abgewandelt sein, wie es in Fig. 4D dargestellt ist, so daß die Kontaktglieder 42a und 42b während des Betriebs des Leistungsschalters und bei Normalunterbrechungen in Berührung gebracht werden und bei Unterbrechungen durch Überstrom getrennt werden. Es ist ebenfalls möglich, wie in Fig. 4A gezeigt ist, die Kontaktglieder 42a und 42b bei Normalunterbrechungen zu trennen und während des Betriebs des Leistungsschalters und bei Unterbrechungen aufgrund von Überstrom miteinander in Verbindung zu bringen. Weiterhin ist es entsprechend Fig. 4B möglich, die Kontaktglieder 42a und 42b bei Normalunterbrechungen miteinander in Berührung zu bringen und während des Betriebs des Lei-' stungsschalters und bei Unterbrechungen aufgrund von Überstrom voneinander zu trennen.

10983-4/1 197

Claims

P a t e η t a ns ρ r ü c h e

\1·/ Leistungsschalter mit feststehenden und beweglichen Kontaktgliedern, einem Antriebsmechanismus für das bewegliche Kontaktglied, eine Auslöseeinrichtung für Überstrom und eine Einrichtung zur wahlweisen Anzeige der unterschiedlichen Unterbrechungsarten, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Kontaktglied (8) an einem Ende des beweglichen Arms (5) angeordnet ist, wobei der erste bewegliche Arm (5) drehbar von einer Achse (13) getragen wird, die an einem Ende des zweiten bexieglichen Arms (12) angebracht ist, der drehbar am anderen Ende durch eine feststehende Achse (10) gehalten wird, daß die ersten und zweiten beweglichen Arme (5_t 12) durch Yerbindungseinrichtungen (14a und 18) so miteinander verbunden sind, daß sie sich gemeinsam drehen, wenn Druck auf einen Antriebspunkt (46) zwischem dem Drehzentrum (13) und dem anderen Ende des ersten beweglichen Arms (5) derart ausgeübt wird, daß die Kontaktglieder (1 und 8) in Berührung kommen, daß die Auslöseeinrichtung für den Überstrom elektromagnetische Einrichtungen (19» 20, 25 und 16a) aufweist, die durch den durch eine Überstromspule (3) laufenden Überstrom erregt werden, daß der erste bewegliche- Arm (5) mit einer Federeinrichtung (37) versehen ist, die das bewegliche

' Kontaktglied (8) von dem feststehenden Kontaktglied (1) wegzieht, daß der Antriebsmechanismus das bewegliche Glied (33) in eine Richtung verschiebt, die die gegenseitige Berührung der Kontaktglieder (1 und 8) ermöglicht, indem Druck auf den Antriebspunkt (46) für gegenseitige Verbindung ausgeübt und bei dem Auslösevorgang der Auslösevorrichtung das bewegliche Glied (33) weiter verschoben wird, so daß die Kontaktglieder

109 834/1197

- 11 -

(1 und 8) voneinander getrennt werden, und daß die Anzeigeeinrichtung wahlweise normale Unterbrechungen und Unterbrechungen aufgrund von Überstrom anzeigt.
2. . Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die wahlweise Anzeigevorrichtung einen Nocken (41), der auf dem beweglichen Glied (33) des Antriebsmechanismus befestigt ist, und zusätzliche Kontaktglieder (42a und 42b) aufweist, die entsprechend dem Grad der Verschiebung des Nocken (41) miteinander in Verbindung gebracht oder voneinander getrennt werden.

109834/1 197

ee rsei te