DE2702962B2 - Vakuum-Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuum-Schaltgcrät mit einem Vakuumgefäß, in dem ein feststehendes und ein diesem zugeordnetes bewegliches Kontaktstück angeordnet sind, bei dem das bewegliche Kontaktstück durch einen Fallenbalg abgedichtet aus dem Vakuumgefäß geführt und durch eine um eine gerätefeste Drehachse drehbar gelagerte, den Verlauf der Einschaltbewegung bestimmende, ständig auf einen Rollenstößel für das bewegliche Kontaktstück einwirkende Kurvenscheibe bewegbar ist, deren Steuerkurve zumindest in dem der Ausschaltstellung der Kontaktstücke entsprechenden Bereich auf einem Kreisbogen um die Drehachse der Kurvenscheibe als Mittelpunkt verläuft.

Hei einem nach der US-PS 34 71 814 bekannten Gerät dieser Art ist die Kurvenscheibe mit einem kreisförmigen Abschnitt ihrer Steuerkurve sowohl in der Einschalt- als auch in der Ausschaltstellung des beweglichen Kontaktstückes mit dem Rollenstößel in Eingriff. Dabei dient aber nicht die Kurvenscheibe zur Ausschaltung und Einschaltung. Mit ihr wird vielmehr nach einer schnellen Ausschaltung, die durch Entregen eines Magnetsystems oder durch Erregen eines gegenpoligen Magnetsystems erfolgt, die ganze Magnetsystemeinrichtung bei erregtem Magnetsystem in die Einschaltstellung überführt. An dem Ausschaltvorgang nimmt daher die Kurvenscheibe durch Verdrehung nicht teil.
Nach der US-PS 27 73 154 ist ein Vakuum-Schaltgerät bekannt, das ebenfalls einen durch eine Kurvenscheibe zu betätigenden Rollenstößel für ein bewegliches Kontaktstück aufweist Die Nockenscheibe weist zwei in Abstand nebeneinanderliegende Mulden zur Aufnahme des Rollenstößels in der Ausschaltstellung auf. Fällt der Rollenstößel in eine dieser Mulden ein, so schwingt er wegen der Trägheit der Kurvenscheibe bei ihrer Betätigung nach. Eine wenn auch nur geringfügige nachschwingende Verdrehung der Kurvenscheibe bewirkt nämlich ein Herausdrängen des Rollenstößels aus der Mulde. Nach einem raschen öffnen schwingt daher das bewegliche Kontaktstück in Axialrichtung hin und her.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Vakuumschaltgerät eingangs genannter Art die Schaltbewegung des beweglichen Kontaktstückes beim Ausschalten se zu begrenzen, daß Überschwingungen und Prellvorgänge nicht auf den Balg übertragen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Vakuum-Schaltgerät dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß die Steuerkurve die Ausschaltbewegung des beweglichen Kontaktstückes bestimmt und daß der Kreisbogen im Bereich der Ausschaltstellung auf einem kleineren Radius um die Drehachse der Kurvenscheibe verläuft als im Bereich der Einschaltstellung.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß die Bewegung des beweglichen Kontaktstückes in einem Bereich um die Öffnungsstellung des Vakuum-Schaltgerätes vollständig entkoppelt ist von den Bewegungen der Antriebsvorrichtung für die Steuerkurve, da in diesem Bereich die Steuerkurve einen konstanten Radius aufweist. Läuft somit die Antriebsvorrichtung für die Steuerkurve über ihre Endlage hinaus oder schwingt sie, etwa durch Prellvorgänge an Anschlägen um diese Endlage, so werden diese Bewegungen nicht auf das bewegliche Kontaktstück übertragen; vielmehr verbleibt das bewegliche Kontaktstück in der durch die Steuerkurve festgelegten Endstellung, die bereits vor oder zumindest gleichzeitig mit der Endlage der Antriebsvorrichtung erreicht wird.

Prellschwingungen des beweglichen Kontaktstückes werden dadurch vermieden; außerdem werden Bewegungen der Antriebsvorrichtung in und um deren Endlage auch nicht auf den Metallfaltenbalg übertragen, der das bewegliche Kontaktstück gegen das Vakuumgefäß abdichtet. Überbeanspruchungen und Biegewechselbeanspruchungen des Balges werden so herabgesetzt, wodurch die Lebensdauer des Vakuumgefäßes wesentlich erhöht wird.

Durch die Form der Steuerkurve kann die Schaltcharakteristik des Vakuum-Schaltgerätes in weiten Grenzen unabhängig von der Laufgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung der Steuerkurve gestaltet werden. Dies ist insbesondere für den Verlauf der Ausschaltgeschwindigkeit des Vakuumschaltgerätes zur Verringerung des Abbrandes der Kontaktstücke wichtig. Im allgemeinen ist es dazu ausreichend, daß die Steuerkurve der Kurvenscheibe im mittleren Bereich ihres Drehwinkels die Form einer Spirale aufweist.

Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der 2:eichnung näher erläutert. Hierin stellt dar

F i g. 1 ein Querschnitt durch ein Vakuumschaltgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer die Schaltbewegung des Vakuumschaltgerätes festlegenden Kurvenscheibe;

F i g. 2 ein Detail einer Antriebsvorrichtung mit einer Kurvenscheibe für ein Vakuumschaltgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein in F > g. 1 in Schließstellung dargestelltes Vakuumschaltgerät weist ein Vakuumgefäß 1 auf, das aus einem Isolierrohr 2 und zwei dieses abschließenden Endplatten 3 besteht Durch die in der Figur untere Endplatte ragt ein feststehendes Kontaktstück 4, bestehend aus einer Koniaktplatte Aa und einer mit dieser verbundenen Stange 4b, in das Vakuumgefäß hinein, während durch die obere Endplatte ein bewegliches Kontaktstück 5, ebenfalls bestehend aus einer Kontaktplatte 5a und einer Stange 5b, geführt ist, das mittels riner noch zu beschreibenden Antriebs- und Betätigungsvorrichtung in oder außer Kontakt mit dem feststehenden Kontaktstück 4 gebracht werden kann. Die Stange 5b des beweglichen Kontaktstücks 5 ist an der Durchführung durch die Endplatte 3 gegen das Vakuumgefäß 1 mit einem Metallfaltenbalg 6 abgedichtet.

Das Vakuumgefäß 1 ist mittels Stehbolzen 7 mit einer Grundplatte eines metallischen Trägers 8 verbünden, an der ein Anschlußstück 9 des Vakuumschaltgerätes angeformt ist, während das andere Anschlußstück 9a außerhalb des Vakuumgefäßes mit dem feststehenden Kontaktstück 4 verbunden ist Auf der Grundplatte des Trägers 8 sind zwei Lagerböcke 10 angeordnet, von denen in der Figur nur einer, und zwar der hintere dargestellt ist. Der Träger 8, das Anschlußstück 9 und die Lagerböcke 10 sind als einstückiges Metallteil ausgebildet, wobei der Stromübergang vom beweglichen Kontaktstück 5 auf den Träger 8 und das Anschlußstück 9 in üblicher Weise durch hier nur angedeutete Gleitkontakte 11 oder durch eine flexible Verbindung erfolgt. Da bei den üblicherweise über die Kontaktstücke 4 und 5 fließenden hohen Strömen der Kontaktdruck zwischen den Kontaktstücken 4 und 5 sehr hoch sein muß und neben den beim Einschalten auftretenden hohen Stoßbeanspruchungen insbesondere die Verbindungen zwischen Isolierrohr 2 und Endplatten 3 sehr stark belastet, ist das Vakuumschaltgefäß 1 mit einem Schutzrohr 12 aus mechanisch festem Material umgeben, das wiederum am Träger 8 befestigt ist.

Mit dem Träger 8 ist über einen Stützisolator 13 eine Antriebsvorrichtung 14 verbunden, die zwei auf einer gemeinsamen Welle 15 sitzende Kurbeln 16 und 17 aufweist. Die Kurbel 17 ist über eine Stange 18 mit einem nicht näher dargestellten Kraftspeicher 19 verbunden, mit der die Stange 18 in Pfeilrichtung hin- und hergeschoben und dadurch die Kurbel 16 zwischen zwei Anschlägen 20 hin- und herbewegt wird. Mit dieser Kurbel ist eine Stange 21 aus Isolierstoff verbunden, die die Bewegung der Kurbel 16 über eine weitere Kurbel 22 auf eine Kurvenscheibe 23 aus Metall überträgt, deren Drehachse 24 in den Lagerböcken 10 gelagert ist, während die Kurbel 22 außerhalb der Achse 24 mit der Kurvenscheibe verbunden ist. Die Außenkontur der Kurvenscheibe dient als Steuerkurve 25, die im mittleren Bereich des bestrichenen Drehwinkels als archimedische Spirale ausgebildet ist und im Bereich der beiden Endstellungen in Kreisbögen um die Achse 24 mit jeweils konstantem Radius übergeht.

Die Außenkontur 25 der Kurvenscheibe steht in Kontakt mit einem metallenen Roller.stößel 26, der mit einer Druckfeder 27, die sich auf der Grundplatte des Trägers 8 abstützt, gegen die Außenkontur 25 der Kurvenscheibe 23 gedrückt wird. Der Rollenstößel 26 dient zugleich als Träger für das bewegliche Kontaktstück 5, dessen Stange 5b an dem aus dem Vakuumgefäß 1 herausragenden Ende von einer Hülse des Stößels umfaßt und in dieser achsial geführt und gegen Verdrehung gesichert ist Die Hülse hat an ihrem unteren, der Grundplatte des Trägers 8 zugewandten Seite einen Kragen 28, der einem mit der Stange 5b verbundenen Anschlag 29 des beweglichen Konlaktstückes 5 im Innenraum der Hülse zugeordnet ist Eine an der Hülse und an diesem Anschlag sich abstützende vorgespannte Druckfeder 30 drückt das bewegliche Kontaktstück in der Zeichnung gesehen nach unten und bringt in der dargestellten Schließstellung des Vakuumschaltgerätes den erforderlichen Kontaktdruck zwischen den beiden Kontaktstücken 4 und 5 auf.

Soll das Vakuumschaltgerät von der Schließ- in die Offenstellung überfühn werden, wird die Antriebsvorrichtung 14 eingeschaltet, wonach die Kurvenscheibe 23 sich in Pfeilrichtung um ihre Achse 24 dreht Durch die Druckfeder 27 wird bei dieser Bewegung der Rollenstö ßel 26 ständig an die Außenkontur 25 der Kurvenscheibe gedrückt und dabei in der Zeichnung gesehen nach oben geführt. Sobald der Kragen 28 des Stößels am Anschlag 29 des beweglichen Kontaktstückes 5 anliegt, wird das bewegliche Kontaktstück von dem feststehenden Kontaktstück 4 abgehoben, woduren der Stromfluß zwischen den Kontaktstücken unterbrochen wird. Die Öffnungsbewegung ist abgeschlossen, wenn die Kurbel 16 in der Antriebsvorrichtung 14 am anderen Anschlag 20 anliegt, wobei dann der Rollenstößel 26 auf der kreisförmigen Außenkontur der Kurvenscheibe 23 mit dem kleineren Radius aufliegt.

Dieser Bewegungsablauf ist beim Schließen des Vakuumschaltgerätes umgekehrt, so daß der Rollenstößel 26 zunächst auf der kreisbogenförmigen Außenkontur 25 mit dem kleineren Radius, danach auf der spiralförmigen und schließlich, kurz bevor die Kurbel 16 in der Antriebsvorrichtung 14 am anderen Anschlag 20 anschlägt, bereits auf der kreisbogenförmigen Außenkontur mit dem größeren Radius geführt wird. Das im Rollenstößel gelagerte bewegliche Kontaktstück 5 folgt dieser Bewegung und wird schließlich auf das feststehende Kontaktstück 4 gepreßt. Damit ist der Schließvorgang beendet.

Durch die beschriebene Ausbildung der Kurvenscheibe 23 führt der Rollenstößel 26 stets einen gleichen und exakten Hub aus, der von der Genauigkeit der Positionierung der Anschläge 20 in der Antriebsvorrichtung 14 und der übrigen zur Übertragung der Stellbewegungen dienenden Teile unabhängig ist und nur bestimmt ist durch die Differenz der Radien der beiden kreisbogenförmigen Abschnitte des Außenumfanges 25 der Kurvenscheibe 23. Da der Rollenstößel 26 auf diesen Abschnitten bereits geführt wird, bevor die Antriebsvorrichtung 14 ihre durch die Anschläge 20 begrenzten Endlagen einnimmt, werden Prellvorgänge an diesen Anschlägen auf die Bewegung des Rollenstößels 26 und des beweglichen Kontaktstückes 5 nicht übertragen; Überbeanspruchungen des Metallfaltenbalges 6 und erhöhter Abbrand der Kontaktplatten 4a bzw. 5a sind damit ausgeschlossen.

Sämtliche Teile, die zur Halterung, Lagerung und Betätigung des beweglichen Kontaktstückes dienen,

also Träger 8 mit den Lagerböcken 10, Rollenstößel 26 und die Kurvenscheibe 23 sind aus demselben Metall gefertigt und liegen auf gleichem Potential. Sie unterliegen annähernd der gleichen Erwärmung und annähernd gleicher Wärmeausdehnung. Die Genauigkeit des Kurvengetriebes ist somit bei allen Betriebstemperaturen gewährleistet.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es durch Ausbildung der Außenkontur 25 der Kurvenscheibe zwischen den beiden kreisbogenförmigen Abschnitten möglich, die Geschwindigkeit des beweglichen Kontaktstückes den optimalen Ausschaltbedingungen entsprechend anzupassen.

Wie in F i g. 1 dargestellt, liegt der Anschlag 29 des beweglichen Kontaktstückes bei eingeschaltetem Gerät nicht an dem Kragen 28 des Rollenstößels an, solange die Kontaktplatten der Kontaktstücke noch nicht abgebrannt sind. Vom Gesamthub des Rollenstößels 26, der z. B. acht Millimeter beträgt, entfällt der größere Teil, z. B. sechs Millimeter, auf den Arbeitshub des beweglichen Kontaktstückes 5 und der Rest zum Zusammendrücken der vorgespannten Druckfeder 30, die den Kontaktdruck aufbringt. Durch diese Lagerung des beweglichen Kontaktstückes 5 wird dessen Schaltbewegung im Bereich der Schließstellung nochmals vor. der Bewegung der Antriebsvorrichtung 14 entkoppelt. Hat der Kontaktabbrand der Kontaktplatten der Kontaktstücke das zulässige Maß von z. B. zwei Millimeter erreicht, so liegt der Anschlag 29 des beweglichen Kontaktstückes 5 direkt auf dem Kragen 28 des Rollenstößels auf, so daß jetzt der Arbeitshub des beweglichen Kontaktstückes 5 dem des Rollenstößels 26 entspricht; zwischen Rollenstößel und beweglichem Kontaktstück tritt beim Schaltvorgang keine Relativbewegung auf; dieser Umstand kann zur Anzeige des maximal zulässigen Kontaktabbrandes genutzt werden Hierzu wird eine Markierung 31, z. B. ein roter Ring, aul dem Stößel 5b des beweglichen Kontaktstückes 5 angebracht, die in der Einschaltstellung sichtbar ist solange der Kontaktabbrand noch nicht die zulässige Grenze erreicht hat, jedoch von dem Rollenstößel 26 verdeckt wird, wenn der Kontaktabbrand das zulässige Maß überschreitet.

1st bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 die Steuerkurve der Kurvenscheibe durch deren Außenkontur gebildet, so ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Detail eines zweiten Ausführungsbeispieles eine Kurvenscheibe 23' verwendet, in die als Steuerkurve ein Schlitz 32 eingeschnitten ist, der im mittleren Teil des Drehwinkels der Kurvenscheibe einen progressiven spiralförmigen Verlauf aufweist und in den Bereichen um die Endstellungen wiederum in kreisbogenförmig verlaufende Abschnitte mit unterschiedlichen Radier um die Achse 24' der Kurvenscheibe übergeht. In dieser Schlitz greift die Rolle eines Rollenstößels 26' ein, der dadurch zwangsläufig den Bewegungen der Kurvenscheibe folgt und das bewegliche Kontaktstück in die Ein- und Ausstellung überführt. Bei dieser Ausführung ist keine der Feder 27 des ersten Ausführungsbeispieles entsprechende Druckfeder nötig, um den Rollenstößel in die Ausschaltstellung zu bringen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vakuum-Schaltgerät mit einem Vakuumgefäß, in dem ein feststehendes und ein diesem zugeordnetes bewegliches Kontaktstück angeordnet sind, bei dem das bewegliche Kontaktstück durch einen Faltenbalg abgedichtet aus dem Vakuumgefäß geführt und durch eine um eine gerätefeste Drehachse drehbar gelagerte, den Verlauf der Einschaltbewegung bestimmende, ständig auf einen Rollenstößel für das bewegliche Kontaktstück einwirkende Kurvenscheibe bewegbar ist, deren Steuerkurve zumindest in dem der Ausschaltstellung der Kontaktstücke entsprechenden Bereich auf einem Kreisbogen um die Drehachse der Kurvenscheibe als Mittelpunkt verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (25,32) die Ausschaltbewegung des beweglichen Kontaktstükkes (5) bestimmt und daß der Kreisbogen im Bereich der Ausschaf {stellung auf einem kleineren Radius um die Drehachse (24) der Kurvenscheibe (23) verläuft als im Bereich der Einschaltstellung.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (25, 32) der Kurvenscheibe (23) im mittleren Bereich ihres Drehwinkels die Form einer Spirale aufweist.

3. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Kurvenscheibe (23) die Steuerkurve (25) bildet.

4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (32) in die Kurvenscheibe (23') eingeschnitten ist.

5. Schaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenstößel (26) von einer Druckfeder (27) beaufschlagt ist, deren Federkraft der Schließrichtung des beweglichen Kontaktstückes (5) entgegengerichtet ist.

6. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Kontaktstück (5) in dem Rollenstößel (26) axial geführt gelagert ist und von einer in Schließrichtung des beweglichen Kontaktstückes (5) wirkenden Feder (30) zur Herstellung des Kontaktdruckes zwischen den Kontaktstücken (4,5) beaufschlagt ist.