DE2532950A1 - Elektrischer schalter - Google Patents

Description

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Sprecher & Schuh AG-, 5001 Aarau

Elektrischer Schalter

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit einem Antriebsmechanismus zum Bewegen eines Schalterteils mit sich in vorgewählter Weise ändernder Geschwindigkeit.

Zum Beispiel beim Trennen der Kontakte von gewissen Schaltern kann es erforderlich sein, den bewegten Kontakt, d.h. den bewegten Schalterteil, mit variierender Geschwindigkeit zu bewegen, um den verschiedenen Erfordernissen des Trennvorgangs (z.B. dem Löschen des Lichtbogens und dem weichen Auslaufen bei möglichst raschem Schaltvorgang) Rechnung zu tragen. Um dies zu bewerkstelligen,

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hat man schon Getriebe mit sich je nach der Relativstellung von Antrieb und bewegtem Schalterteil änderndem Uebersetzungsverhältnis (beispielsweise Malteserkreuzgetriebe oder Ellipsenzahnradgetriebe) verwendet. Um die dabei allenfalls auftretenden Stösse zu mindern, sind ausgleichende Schwungmassen in der Uebertragungskette des Antriebs zwischen Kraftquelle und bewegtem Schalterteil vorgesehen worden. Reibung und Masse solcher Antriebe machen hohe Antriebsleistungen erforderlich. Dabei stehen sich die Forderung nach ausgeglichenen Uebergängen und der hohe Leistungsbedarf oft entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter mit Antrieb zu schaffen, der mit relativ kleiner Antriebsleistung und möglichst einfacher Konstruktion die Erzielung eines vorbestimmten Geschwindigkeitsverlaufs des bewegten Schaltteiles gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein elektrischer Schalter der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass eine bewegbare Zusatzmasse an ein vom zwangsläufigen Antrieb des bewegten Schalterteils abgezweigtes Getriebe mit entsprechend der Lage des bewegten Schalterteils veränderlichem Übersetzungsverhältnis angeschlossen ist.

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■ Die Tatsache, dass die Zusatznasse über das genannte abgezweigte Getriebe mit veränderlichem Uebersetzungsverhältnis angeschlossen ist, macht es möglich, dass sich die Massenträgheit der Zusatzmasse je nach dem Uebersetzungsverhältnis des Getriebes in verschiedenen Zeitabschnitten des Schaltvorgangs unterschiedlich auswirkt und verschiedene Mengen an Antriebsenergie vom Antrieb des bewegten Schalterteils abzweigt und absorbiert bzw. wieder zurückgibt, wodurch sich eine beinahe beliebige Veränderung des Geschwindigkeitsverlaufs des bewegten Schalterteils erzielen lässt*

Da man nun den bewegten Schalterteil und dessen direkten Antrieb möglichst massearm und einfach ausbilden kann, kann die Antriebsleistung klein gehalten werden. Man kann aber die Zusatzmasse relativ gross wählen, so dass sie je nach dem Uebersetzungsverhältnis des Zweiggetriebes eine verschieden grosse Wirkung entfaltet. Ist das momentane Uebersetzungsverhältnis des Zweiggetriebes so gestellt, dass die Zusatzmasse sich nicht oder kaum bewegt, so wirkt die Antriebsenergie voll auf den bewegten Schalterteil und beschleunigt ihn stark. Wird nun aber das Uebersetzungsverhältnis so verändert,

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dass öich die Zusatzinasse schneller bewegen muss, so "bremst sie zufolge Massenträgheit den ganzen Antrieb vorerst ab, worauf sie als Schwungmasse wieder Energie zurückzuspeisen vermag, wenn nach Erreichen des Gleichgewichts die Antriebsleistung (z.B. bei einem Kraftspeicher) wieder abfällt. Auch in diesem Stadium kann durch Veränderung des Uebersetzungsverhältnisses' die Wirkung der Zusatzmasse auf den bewegten Schalterteil beeinflusst werden.

Man kann der Zusatzmasse durch wenigstens ein weiteres Getriebe mit variablem Uebersetzungsverha.ltnis~ wenigstens eine weitere bewegbare Zusatzmasse nachschalten, was eine weitere Beeinflussung des Bewegungsablaufs und somit des GeschwindigkeitsVerlaufs des bewegten Schalterteils ermöglicht, ohne komplizierte Getriebe zu benötigen.

In einer .einfachen Ausführungsform kann man als Zweiggetriebe Hebelgetriebe verwenden, z.B. solche, bei denen sich'da-s He-belarmverhältnis im Zuge der Hebelschwenkung dadurch verändert, dass der Hebel in den Schlitz..einer drehbaren Kurvenscheibe eingreift. Die Scheibe kann Teil einer Zusatzmasse sein.

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Als Kraftquelle des Antriebs kommen alle bekannten Arten, wie Federn, Hydraulik, Pneumatik, Motoren etc. in Frage.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Schalter mit Antriebsmechanismus,
Fig. 2 bis 4 je ein Zweiggetriebe mit Zusatzmasse.

Der in Fig. 1 gezeigte Schalter 1 hat einen Festkontakt 2 mit Zuleitung 2¹ sowie einen als Kontaktstift 3 ausgebildeten beweglichen Teil, welcher z.B. über als Gleit- oder Rollkontakt ausgebildete Mittel 4 mit der Zuleitung 4' verbunden ist. Der Schalter 1 ist im eingeschalteten Zustand gezeichnet, in welchen er durch Drehen der Welle und somit durch Bewegen der Kurbel 6 und des Pleuels 7 gebracht wurde. Bei diesem Drehen der Welle 5 ist gleichzeitig auch die Ausschaltfeder 8 durch die Kurbel 9 gespannt worden. Die Welle 5 ist somit in der zum Ausschalten bereiten Stellung. Diese Wellendrehung kann z.B. durch einen Aufzugmotor beliebiger Art (nicht gezeichnet) oder

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durch einen anderen Federspeicher (nicht gezeichnet) bzw. andere bekannte Mittel über die Kupplung 10 erfolgen«

Anstelle der bisher beschriebenen Teile können natürlich auch anders ausgebildete Schalter- und Antriebsteile bekannter Art vorgesehen sein. Beispielsweise könnten andere Kraftspeicher und/oder andere Antriebe (wie Hydraulik und dergleichen) vorgesehen werden. Der Schalter könnte z.B. auch ein Mehrfachschalter und/oder Drehschalter sein-

- Man eteile sich vorerst die in Fig. 1 gezeigte bisher beschriebene Vorrichtung ohne die Kurbel 11 und die daran angeschlossenen noch zu besprechenden Teile vor. Würde man in diesem Zustand die Welle 5 freigeben, so würde die Feder 8 die Welle 5 und somit die Kurbel 6 drehen und durch den Pleuel 7 den Kontaktstift 3 aus dem Festkontakt 2 herausreissen. Das Ganze würde ruckartig ablaufen.. Es könnte dabei z.B. dem Löschen des Lichtbogens beim Trennen der Kontakte 2 und 3 nicht Rechnung getragen werden. Bs ist aus mechanischen und elektrischen Gründen erforderlich, die Bewegung des Kontaktstiftes 3 so zu steuern, dass seine jeweilige Geschwindigkeit den

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Erfordernissen entspricht. Dies erfolgt in Fig. 1 durch ein Zweiggetriebe 12 und eine Zusatzmasse 13. Das Zweiggetriebe 12 besteht aus der Kurbel 11, den an ihr angreifenden Pleuel 14 (zur Bewegungsuiclenkung), der durch Gelenk 14' mit dem zweiarmigen Hebel 15 verbunden ist, wobei dieser bei 15' gelagerte Hebel 15 mit einer Rolle 16 in einen Steuerschlitz 17 der gleichzeitig als Kurvenscheibe dienenden Zusatzmasse 13 (die um ihr Rotationszentrum 18 drehbar ist) eingreift.

Stellt man sich nun die vorgenannte Federentspannung unter Drehung der Welle 5 wieder vor, so ist erkennbar, dass die Kurbel 11 mitgedreht und dadurch der Pleuel 14 in Pfeilrichtung bewegt wird, was die durch Pfeil angedeutete Schwenkung des Hebels 15 um sein Lager 15' bedingt. Dabei kann die Rolle 16 vorerst ohne nennenswerte Bewegung der Zusatzmasse 13 im Schlitz 17 verschoben werden, was durch den strichpunktierten Pfeil besser sichtbar gemacht ist. Dies bedeutet, dass die Zusatzmasse vorerst so gut wie nicht bewegt wird, also die ganze Kraft der Feder 8 zum Bewegen des Schaltstiftes 3 verfügbar ist, der dadurch stark beschleunigt und sofort auf hohe Geschwindigkeit . gebracht werden kann, wie dies für die momentane Trennung der Kontakte 2 und 3 richtig ist. Das Ganze ist so abgestimmt, dass die Kontakte 2 und 3 sich nun sehr

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schnell soweit voneinander entfernen können, bis die Spitze des Stiftes 3 in die Löschzone (nicht bezeichnet) eintritt, wo bekanntlich ein Verweilen oder eine langsame Bewegung des Stiftes 3 erforderlich ist, um den Lichtbogen rasch zu löschen. Bei dieser Stiftstellung ist die Rolle 16 bis etwa an die mit 19 bezeichnete Stelle des Schlitzes 17 vorgedrungen, so dass nun die Zusatzmasse 13 über einen ungünstig kleinen Hebelarm in der Nähe des Rotationszentrums 18 stark bewegt werden müsste, wenn der Hebel 15. weiter schnell geschwenkt werden soll. Die Trägheit der Masse 13 und das ungünstige Uebersetzungsverhältnis führen nun über das Zweiggetriebe 12 zu einer massebedingten Bremsung der Welle 5 und somit des Stiftes 3, so dass er momentan beinahe zum Stillstand gelangen kann. Ist nun (bei recht kleiner Beschleunigung) die Masse 13 in Bewegung gesetzt worden und die Rolle 16 am Rotationszentrum 18 der Masse 13 vorbeigewandert, so hört nicht nur die Bremswirkung der Masse 13 auf, sondern die in Bewegung geratene Masse 13 unterstützt nun sogar die weitere Bewegung des ganzen Systems, wodurch der Stift 3 (der Lichtbogen ist inzwischen erloschen) vorerst rasch, aus der Löschzone und dann sanft in die Ausstellung gefahren wird.

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Der "beschriebene Vorgang lässt sich durch die Form des Schlitzes 17 beinahe beliebig abstimmen. Aus Gründen der Uebersicht ist nur ein gerader Schlitz 17 gezeichnet, er könnte aber beliebig sein. Die für die Konstruktion von Exzenter bekannten Methoden können bei der Formfindung angewendet werden.

Eine weitere Beeinflussung der Schaltstiftgeschwindigkeit kann dadurch erfolgen, dass man eine oder mehrere weitere Zusatzmassen über wenigstens ein weiteres Zweiggetriebe der genannten Art der ersten Zusatzmasse nachschaltet. Dies ist in Figuren 2 und 3 gezeigt.

Man erkennt in den Fig. 2 und 3 wiederum den Pleuel 14, den Hebel 15, seine Rolle 16, die Zusatzmasse 13 und deren Schlitz 17.

In Fig. 2 befindet sich eine Rolle 20 kurbelzapf enartig an der Zusatzmasse 13. Die Rolle 20 greift in den Schlitz 21 (der dem Schlitz 17 funktionell etwa entspricht) eines auf Achse 22 schwenkbar gelagerten Hebels 23, der eine zweite Zusatzmasse 24 trägt. Während nun bei der bezüglich Fig. 1 geschilderten Bewegung die Rolle 20 die Masse 24 vorerst über den langen Hebelarm

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relativ leicht beschleunigen kann, verändert sich dieses Hebelverhältnis zuungunsten der Rolle 20 und zugunsten der Masse 24 in der ersten Hälfte der Bewegung, wodurch die im Löschbereich gewünschte Verzögerung gesteigert werden kann. Vorher und nachher ist nur eine leichtere Dämpfung vorhanden.

Im Unterschied zum nicht radialen Verlauf des Schlitzes 17, der somit in den beiden Bewegungshälften auch ein unterschiedliches Hebelverhältnis hinsichtlich der Holle 16 erzielen lässt, bringt die radiale Stellung des Schlitzes 21 hinsichtlich der Rolle 20 in beiden Bewegungshälften gleiche Hebelverhältnisse.

In i*ig. 3 ist an einem Kurbelzapfen 25 an einem Pleuel 26 ein Zusatzgewicht 27 angehängt, welches eine generelle dämpfende Wirkung ausübt. Weil sich der Hebelarm des Gewichtes 27 vorerst verkleinert, ist seine Dämpfungswirkung am Anfang und Ende der Bewegung grosser, womit es das weiche Anfahren und Auslaufen fördert.

In Fig. 4 ist ein (dem Hebel 15 der Pig. I bis 3 ähnlicher) Hebel 150 um die Achse 151 schwenkbar gelagert, so dass seine Rolle 160 in einem Schlitz 170

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der um das Rotationszentrum 180 drehbaren Masse 130 ähnlich eingreift, wie es für Rolle 16 des Hebels 15 im Schlitz 17 der Masse 13 bereits beschrieben wurde. Die Masse 130 ist dabei durch eine Ausgleichsmasse ausbalanciert, was es gestattet, dieses System mit seiner Achse von der Erdanziehung unabhängig anzuordnen. Es ist unwuchtfrei. Zur Vermeidung von Missverständnissen sei erwähnt, dass im Falle der Fig. 1 bis 3 Unwucht auftreten würde. Bei horizontaler Anordnung der Rotationsachse der Masse 13 der Systeme gemäss Fig. 1 bis 3 würde sich die Massenungleichheit zudem auch hinsichtlich der Erdanziehung auswirken können, während diese Wirkung bei den Systemen der Fig. 1 und 2 bei vertikaler Achsanordnung vermeidbar ist. Im Falle der Fig. 3 ist die Wirkung der Erdanziehung auf das Gewicht 27 erwünscht.

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Claims (6)

Patentansprüche :

1.' Elektrischer Schalter mit einem Antriebsmechanismus zum Bewegen eines Schalterteils mit sich in vorgewählter Weise ändernder Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine bewegbare Zusatzmasse (13) an ein vom zwangsläufigen Antrieb des bewegten Sehalterteils abgezweigtes Getriebe (14-17) mit entsprechend der Lage des bewegten Schalterteils veränderlichem Übersetzungsverhältnis angeschlossen ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Zusatzuasse (24) über ein weiteres Zweiggetriebe (20-23) mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis der ersten Zusatzmasse (13) nachgeschaltet ist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (130) mit einem Gegen- bzw. Ausgleichsgewicht (131) verbunden ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigsteüs das Zweiggetriebe einer Zusatzmasse (24 bzw. 130) ein Hebelgetriebe mit in einem Schlitz (21 bzw. 170) einer Kurvenscheibe eingreifendem Glied (20 bzw. 160) ist.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (21 bzw. 170) radial zum Rotationszentrum der Kurvenscheibe angeordnet ist.

6. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (21 bzw. 170) mindestens abschnittweise in einer Richtung verläuft, welche am Rotationszentrum der Kurvenscheibe vorbeiweist. \

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