DE2532950C2 - Elektrischer Leistungsschalter - Google Patents

Description

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

Zum Beispiel beim Trennen der Kontakte von gewissen Leistungsschaltern 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, hat man schon nach der CH-PS 3 47 244 ein Malteserkreuzgetriebe mit sich je nach der Relativstellung von Antrieb &o und bewegtem Schalterteil änderndem Übersetzungsverhältnis verwendet. Da das Malteserkreuzgetriebe ein Teil des Kraftübertragungssystems ist, sind die Materialbeanspruchungen hier beträchtlich. Um die auftretenden Stöße zu mindern, sind ausgleichende Schwung- « massen in der Kraftübertragungskette des Antriebs zwischen Kraftquelle und bewegtem Schalterteil vorgesehen. Für die Endstellungen sind Bremsen erforderlich.

50 Reibung und Masse solcher Antriebe machen hohe Betriebsleistungen erforderlich. Dabei stehen sich die Forderung nach ausgeglichenen Übergängen und der hohe Leistungsbedarf oft entgegen.

Bei der Anordnung nach der DE-PS 4 76 985 wird am Ende einer Schaltbewegung die in den bewegten Teilen noch vorhandene kinetische Energie in einer Bremse in Wärme umgewandelt. Die Bremse wird durch einen Zentrifugalregulator beeinflußt. Diese Anordnung erfordert eine relativ hohe Antriebsenergie, weil die in der Bremse in Wärme umgewandelte Energie auch gedeckt werden muß.

Bei der Ausschaltbewegung des Schalters nach der DE-PS 6 62 918 wird der Schaltstift mit einer relativ hohen Geschwindigkeit in seine Endlage geführt. Die kinetische Energie der bewegten Teile kann nicht genutzt werden und muß in einer Bremse in Wärme umgewandelt werden. Um diese Verluste zu decken, muß die Antriebsenergie entsprechend hoch gewählt sein.

Aus der DE-AS 10 81 103 ist ein Scherentrennschalter bekannt, wobei die Scherenarme während eines Schaltvorganges über stetig ändernde effektive Hebelarme betätigt werden. Diese Antriebsanordnung ist für die Betätigung eines elektrischen Leistungsschalters ungeeignet.

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 drehbar gelagerte und über ein am zwangsläufigen Antrieb des bewegten Schalterteils angeschlossenes, ein entsprechend der Lage des bewegten Schalterteils veränderliches Übersetzungsverhältnis aufweisendes, als Hebelgetriebe mit in einem Schlitz einer Kurvenscheibe eingreifendem Glied ausgebildetes Zweiggetriebe bewegbare Zusatzmasse vorgesehen ist.

Die Tatsache, daß die Zusatzmasse über das genannte Zweiggetriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis angeschlossen ist, macht es möglich, daß sich die Massenträgheit der Zusatzmasse je nach dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes in verschiedenen Zeitabschnitten des Schaltvorgangs unterschiedlich auswirkt und verschiedene Mengen an A.itriebsenergie 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 nach dem Übersetzungsverhältnis des Zweiggetriebes eine verschieden große Wirkung entfaltet. 1st das momentane Übersetzungsverhältnis 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 Übersetzungsverhältnis so verändert, daß sich die Zusatzmasse 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 Übersetzungsverhältnisses die Wirkung der Zusatzmasse auf den bewegten ichalterteil beeinflußt werden.

Man kann der Zusatzmasse durch wenigstens ein weiteres Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis 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.

Das Zweiggetriebe ist ein Hebelgetriebe, bei dem sich das Hebelarmverhältnis im Zuge der Hebelschwenkung dadurch verändert daß der Hebel in den Schlitz einer drehbaren Kurvenscheibe eingreift. Die Scheibe kann Teil einer Zusatzmasse sein.

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 zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Schalter mit Antriebsmechanismus,

F i g. 2 bis 4 je ein Zweiggetriebe mit Zusatzmasse.

Der in Fig. 1 gezeigte Schalter 1 hat einen Festkontakt 2 mit Zuleitung 2' 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 5 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 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 stelle sich vorerst die in Fig. 1 gezeigte bisher beschriebene Vorrichtung ohne die Kurbel il 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 ?.. B. dem Löschen des Lichtbogens beim Trennen der Kontakte 2 und 3 nicht Rechnung getragen werden. Es ist aus mechanischen und elektrischen Gründen erforderlich, die Bewegung des Kontaktst'.ftes 3 so zu steuern, daß seine jeweilige Geschwindigkeit den Erfordernissen entspricht. Dies erfolgt in Fig. 1 durch ein Zweiggetriebe 12 und eine Zusatzmasse 13. Das Zweiggetriebe 12 besieht aus der Kurbel 11, den an ihr angreifenden Pleuel 14 (zur Bewegungsumlenkung), 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 mitg^dreht 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 Zusatzmasst 13 im Schütz 17 verschoben werden, was durch der 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 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 Übersetzungsverhältnis 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. 1st 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.

Der beschriebene Vorgang läßt sich durch die Form des Schlitzes 17 beinahe beliebig abstimmen. Aus Gründen der Übersicht ist nur ein gerader Schlitz !7 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 F i g. 2 und 3 gezeigt.

Man erkennt in den F i g. 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 kurbe'zapfenartig 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 F i g. 1 geschilderten Bewegung die Rolle 20 die Masse 24 vorerst über den langen Hebelarm 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 Rolle 16 erzielen läßt, bringt die radiale Stellung des Schlitzes 21 hinsichtlich der Rolle 20 in beiden Bewegungshälften gleiche Hebelverhältnisse.

In Fig. 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 größer, womit es das weiche Anfahren und Auslaufen fördert.

In Fig.4 ist ein (dem Hebel 15 der Fig. 1 bis 3

ähnlicher) Hebel 150 um die Achse 151 schwenkbar gelagert, so daß seine Rolle 160 in einem Schlitz 170 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 131 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 F i g. 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 Ariisanordnung vermeidbar ist. Im Falle der Fig. 3 ist die Wirkung der Erdanziehung auf das Gewicht 27 erwünscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Leistungsschalter mit einem Antriebsmechanismus zum Bewegen eines Schalterteils mit sich in vorgewählter Weise ändernder Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbar gelagerte und über ein am zwangsläufigen Antrieb des bewegten Schalterteils angeschlossenes, ein entsprechend der Lage des bewegten Schalterteils veränderliches Ubersetzungsverhältnis aufweisenden, als Hebelgetriebe mit

in einem Schlitz (17, 170) einer Kurvenscheibe eingreifendem Glied (16, 160) ausgebildetes Zweiggetriebe bewegbare Zusatzmasse (13,130) vorgesehen ist

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe ah Zusatzinasse (13) ausgebildet ist.

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

4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Zusatzmasse (13) mindestens eine weitere Zusatzmasse (24, 27)25 beweglich nachgeschaltet ist.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zusatzmasse (24) über ein weiteres als Hebelgetriebe mit in einem Schlitz (21) einer Kurvenscheibe (23) eingreifendem Glied (20) ausgebildetes Zweiggetriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis der ersten Zusatzmasse (13) nachgeschaltet ist.

6. Schalter nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (17, 21, 170) radial zum Rotationszentrum der Kurvenscheibe angeordnet ist.

7. Schalter nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (17, 21, 170) mindestens abschnittweise in einer Richtung ver- to läuft, welche am Rotationszentrum der Kurvenscheibe vorbeiweist.