DE2927532A1 - Strombegrenzungsschalter mit einem ueber elektrodynamische mittel ausloesbarem beweglichen schaltteil - Google Patents

Description

Firma Merlin Gerin, Grenoble/Frankreich

Strombegrenzungsschalter mit einem über elektrodynamische Mittel auslösbarem beweglichen Schaltteil

Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 27 38 087.6)

Im Patent ... (Patentanmeldung P 27 38 087.6) ist ein Strombegrenzungsschalter mit einem über elektrodynamische Mittel auslösbaren beweglichen Schaltteil beschrieben, das wenigstens einen beweglichen Kontakt aufweist, der in eine erste Schließstellung eines ersten Stromkreises verbringbar und aus dieser durch eine elektrodynamische Steueranordnung sowie unter dem Einfluß einer Logik-Regeleinrichtung in eine zweite Stellung des öffnens des ersten Stromkreises sowie des Schließens eines zweiten Stromkreises verbringbar ist, in welcher das bewegliche Schaltteil durch eine zeitabhängige Haltevorrichtung gehalten werden kann.

Demnach ist in oben genanntem Patent ein Strombegrenzungsschalter der Art beschrieben, wie er zum selektiven Schutz eines Stromverteilungsnetzes durch Einschalten eines Strombegrenzungswiderstandes in den elektrischen Stromkreis angewandt werden kann, was das Erfassen und Eliminieren einer Störung erlaubt. Die Einschaltdauer der Widerstände, beispielsweise 50 Millisekunden, muß unabhängig von der Größe des Kurzschlußstromes sowie von anderen Funktions-Parametern der Einrichtung sein.

909885/0893

2S27532

Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, die der Anspruchsfassung entnehmbar ist, den vorstehend umschriebenen Strombegrenzungsschalter in der Richtung weiter zu entwickeln, daß die Schaltdauer nicht nur von elektrischen, sondern auch von mechanischen Einflußgrößen abhängig ist.

Die Lösung beinhaltet ein mechanisches Zeitglied, das unter anderem auf einer Massenanhäufung beruht und das besonders gut für die Funktion geeignet ist, ein bewegliches Schaltteil für eine bestimmte Zeitdauer in einer vorbestimmten Lage zu halten.

Mehr speziell ist der Strombegrenzungsschalter nach der Erfindung mit einer Massenanhäufung angerüstet, die derart beweglich ist, daß sie aus einer Ruhestellung heraus eine oszilierende Bewegung von solcher Dauer ausführen kann, daß sie der Verzögerungszeit der Halteeinrichtung entspricht. Dies geschieht unter der Wirkung eines Impulses, der von der Bewegung des beweglichen Schaltteiles aus der genannten ersten in die erwähnte zweite Stellung ausgeht, sowie durch ein elastisches Glied, das einesteils mit der Massenanhäufung, um diese in Richtung der Ruhestellung zu treiben, und anderenteils mit dem beweglichen Schaltteil zusammenwirkt, um dieses während der Bewegung der Massenanhäufung in die erwähnte zweite Stellung zu treiben.

Die Energie zum Betätigen bzw. zum "Vorspannen" der Massenanhäufung wird vor derjenigen zur Verschiebung des beweglichen Schaltteiles durch das elektrodynamische Betätigungsteil abgenommen, wobei diese Vorentnahme verhältnismäßig schwach ist. Dadurch vermeidet man jegliche zusätzliche Synchronisier- oder Auslöseeinrichtung, da die Bewegung der Massenanhäufung selbsttätig mit derjenigen des beweg-

909885/0693

lichen Schaltteiles synchronisiert ist. Das Verwenden ein- und derselben Feder für das Zurückstellen der Massenanhäufung in die Ruhestellung und zur Ausübung einer Stellkraft auf das bewegliche Schaltteil, um dieses in die zweite Stellung zu führen, ermöglicht es sogar diese letztere Kraft vom Beginn der Bewegung der Massenanhäufung an auszuüben und sie bei der Rückkehr der Massenanhäufung in die Ruhestellung selbsttätig aufzuheben, ohne sich eines "Mitnahmeauslösers" oder "Stellungszeigers" bedienen zu müssen. Die besonders einfache Einrichtung gemäß der Erfindung bietet somit eine große Betriebssicherheit und läßt sich sogar in das vorhandene Gehäuse des Schalters noch mit einfügen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Massenanhäufung so vorgesehen, daß sie am Ende der Schwingbewegung an das bewegliche Schaltteil anschlägt, derart dessen Bewegung auslöst und eine schnelle Trennung der Kontakte einleitet. Die Massenanhäufung kann eine irgendwie gerichtete lineare Schwingbewegung ausführen. Als besonders vorteilhaft wird indessen eine drehbar eingebaute Massenanhäufung angesehen, die somit eine kreisförmige Schwingbewegung ausführt. Dadurch vermeidet man die Probleme aus der Erdanziehungskraft bzw. aus bestimmten Stellungen der Anordnung, ferner Probleme der Führung der Massenanhäufung. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil besteht in einem verringerten Raumbedarf der Einrichtung.

Zum beweglichen Schaltteil kann in vorteilhafter Weise eine bewegliche Kontaktbrücke gehören, die selektiv mit zwei Paaren Festkontakten zusammenwirkt; man kann aber auch auf zwei bewegliche Kontaktbrücke!! zurückgreifen, deren jede mit einem Paar Festkontakten zusammenarbeitet.

909 8 8 5/0693

In beiden Fällen werden vorteilhafterweise gemeinsame Lösch- bzw. Trennkammern vorgesehen.

Weitere erzielte Vorteile sowie Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles sowie aus der zugehörigen schematischen Zeichnung hervor; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen mit einer erfindungsgemäßen mechanischen Zeitschaltanordnung ausgerüsteten Strombegrenzungsschalter im Axialschnitt/

Fig. 2 die Anordnung nach Linie II-II gemäß Fig. 1 geschnitten, jedoch ohne elektrodynamisches Betätigungsmittel und

Fig. 3 die Anordnung ähnlich Fig. 2, jedoch in der Stellung, bei der die Widerstände eingeschaltet sind.

In Fig. 1 ist deutlich ein Pol eines der Stammanmeldung entsprechenden Strombegrenzungsschalters zu erkennen, der eine mit einem Paar Festkontakten 12,14 zusammenwirkende Haupt-Kontaktbrücke 10 aufweist. Diese kann gegen die Krafteinwirkung einer Rückstellfeder 16 durch ein elektrodynamisches Betätigungsmittel, z.B. eines auf dem Thomson-Effekt beruhenden Typs, in die Offen-Stellung gebracht werden. Nach einem vorbestimmten Öffnungsweg der beweglichen Haupt-Kontaktbrücke 10 schlägt eine von der Kontaktbrücke 10 getragene Stoßstange 20 gegen ein Gleitstück 22. Dieses trägt unter anderem wiederum eine bewegliche Kontakt-Brücke für Brennkontakte 24 und eine bewegliche Kontaktbrücke 26 zum Schalten von Widerständen. Die Kontaktbrücke der Brennkontakte 24 wirkt mit einem Paar Festkontakte 28,30 zusammen, die den Hauptkontakten 12,14 parallelgeschaltet sind. Die Schaltung zum Schließen bzw. Unterbrechen des Strom-

909885/0693

kreises zu den Brennkontakten ist an sich bekannt. Die bewegliche Kontaktbrücke 26 wirkt mit einem Paar Festkontakte 32,34 zusammen, das zu einem Shunt-Kreis gehört, der dem Stromkreis zu den Brennkontakten 24,28,30 parallel geschaltet ist und Shunt-Widerstände 36 beinhaltet. Das Gleitstück 22 arbeitet mit einem mechanischen Zeit- bzw. Verzögerungsglied 38 zusammen, das anschließend unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2 im Einzelnen beschrieben wird.

Das Gleitstück 22 wird durch ein elastisches Glied 40, z.B. eine Feder, in die Schließstellung des Stromkreises zu den Brenn- bzw. Löschkontakten 24,28,30 gedrückt.

Eine solche Anordnung ist in der Stammanmeldung, auf die hier Bezug genommen wird, ausdrücklich beschrieben, weshalb hier ganz allgemein nur die Wirkungsweise erläutert wird. Nach dem Auftreten eines Kurzschlusses löst ein logischer Detektor das elektrodynamische Betätigungsmittel 18 aus, das die bewegliche Haupt-Kontaktbrücke 10 in die Offen- Stellung stößt. Der Strom ist auf den Stromkreis der Lösch- bzw. Brennkontakte 24,28,30 geschaltet, der sich vom Beginn der Verschiebung der Kontaktbrücke der Brennkontakte 24 öffnet, nachdem die Stroßstange 2O an der Kontaktbrücke angeschlagen hat. Die Verschiebung des Gleitstückes 22 bewirkt das Schließen des Shunt-Stromkreises 26,32,34 sowie das Einschalten der Widerstände 36, sei es nach dem Löschen des Lichtbogens, wenn dieser nur von kurzer Dauer war, sei es ein wenig vor diesem Löschen und zwar im entgegengesetzten Falle. Das mechanische Verzögerungsglied 38 hält den Schieber 22 über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg in dieser Stellung. Die Zeitdauer ist größer als die Zeit für die Beseitigung der Störung durch einen nachgeschalteten Strombegrenzungsschalter-. Nach der

9098 8 5/0693

/10- ^2S27532

vorgegebenen Zeitdauer ist die Umkehr des beweglichen Schaltteiles 22 ermöglicht, sei es in die ursprüngliche Schließstellung der Brennkontakte 24,28,30, wenn die Störung beseitigt ist, sei es in eine Zwischen-Offen-Stellung des Brennkontakt-Stromkreises und des Shunt-Kreises, wenn die Störung unmittelbar nach der Anordnung lag. Lösch- bzw. Trennkammern 42,44 umgeben die Brennkontakte 24,28,30 sowie die Shunt-Kontakte 26,32,34 und sind zur Vereinfachung selbst gleich bzw. gemeinsam.

Der Fig. 2 ist zunächst zu entnehmen, daß das Gleitstück 22 einen Zapfen 46 trägt, der in einen Schlitz 58 eingreift, der sich in dem einen Arm 48 eines Kniehebels 50 befindet; dieser ist um eine feste Achse 52 verschwenkbar. Das hier als Feder ausgebildete elastische Glied 40 ist einerseits an einem Festpunkt 54 und andererseits am Ende 56 des zweiten Armes des Kniehebels 50 befestigt. Das Ganze ist derart angeordnet, daß die Feder bzw. das elastische Glied 40 das Gleitstück 22 in die Schließstellung der Brennkontakte 24,28,30 treibt. Die Kraft aus dem elastischen Glied 40 vermindert sich im Verlauf der Verschiebung des Gleitstükkes 22 nach oben (gemäß Fig. 2) unter Verschiebung der Wirklinie des elastischen Gliedes 40 und wird am geringsten in der Stellung des Gleitstückes 22, die dem Schließen der Shunt-Kontakte 26,32,34 entspricht. Wenn die Achsen 52,54 und 56 in einer Ebene liegen, erreicht das elastische Glied eine Totpunktlage.

Der Zapfen 46 des Gleitstückes 22 greift gleichfalls in einen Schlitz 58 eines Hebels 60 ein, der um eine feste Achse 62 verschwenkbar ist. Um diese Achse 62 ist auch eine auf ihr befestigte Massenanhäufung 6 4 drehbar. Die Massenanhäufung 64, nachstehend kurz Masse genannt, kann

909885/0693

•/Μ;

-p-

2327532

die Form einer Scheibe aufweisen, die nahe ihrem Umfang einen Daumen 66 trägt, der mit dem Hebel 60 zusammenwirkt. Eine auf die Achse 62 aufgefädelte Spiralfeder 68 stützt sich mit ihrem Ende 70 auf dem Hebel 60 und mit ihrem entgegengesetzten Ende 72 auf einem Anschlag 74 ab, welcher der Masse 64 zugehört. Die Spiralfeder 68 treibt die Masse 64 in eine Stellung, in welcher der Daumen 66 sich an dem Hebel 60 abstützt. Offensichtlich übt das System Masse 64 samt Hebel 60 in dieser Lage keine Kraft auf das Gleitstück 22 aus. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß als Spiralfeder eine aus dem Uhrenbau stammende gewinkelte Blattfeder dient, die sich in einem Feder-Gehäuse befindet, das dann erfindungsgemäß die Funktion der Masse 6 4 hat.

Die Wirkungsweise des Zeit- bzw. Verzögerungsgliedes 38 ist wie folgt: Nach dem öffnen des Strombegrenzungsschalters wird der von der Stoßstange 20 auf das Gleitstück 22 ausgeübte Stoß vom Zapfen 46 und dem Hebel 60 auf den Daumen 66 übertragen. Dieser Stoß bewirkt'eine Drehung der Masse 64 um die Achse 62, wobei diese Drehung zum gleichen Zeitpunkt ausgelöst wird, zu dem die Verschiebung des Gleitstückes 22 nach oben (Fig. 2) einsetzt. Die Drehung der Masse 64 im Uhrzeigersinne (Fig. 2) spannt die; Spiralfeder 68, die mit ihrem Ende 70 ein Moment auf den Hebel 60 ausübt und bestrebt ist, das Gleitstück 22 nach oben in die Schließstellung der Shunt-Kontakte 26,32,34 zu verschieben.

Gleichzeitig mit·der Verschiebung des Gleitstückes 22 vermindert sich die von dem elastischen Glied 40 ausgeübte Rückstellkraft und es ist in der angehobenen Schließstellung der Shunt-Kontakte 26,32,34 die von der Spiralfeder 68 ausgeübte Kraft die überwiegende; diese Kontakte werden

90 9 8.8.57

-β. 2327532

- ß-

also geschlossen gehalten. Die Masse 6 4 setzt ihre die Spiralfeder 6 8 spannende Drehbewegung bis zur Stellung der größten Amplitude fort. In dieser Stellung hält sie zunächst an und kehrt dann die Drehrichtung um. Am Ende der Schwingbewegung schlägt die Masse 64, beeinflußt durch eine wachsende Geschwindigkeit, über den Daumen 66 auf den Hebel 60 und übt auf das Gleitstück 22 einen Stoß in Richtung der öffnung der Shunt-Kontakte 26,32,34 aus. Sobald der Daumen 66 auf dem Hebel 60 zum Anschlag gekommen ist, hört die von der Spiralfeder auf das Gleitstück 2 2 ausgeübte Kraft auf und es setzt das Gleitstück 22 seine nach unten gerichtete Bewegung unter dem Einfluß des elastischen Gliedes 40 fort, dessen wirksamer Hebelarm im gleichen Maße wächst, wie sich der Winkelhebel 50 verschwenkt

Es versteht sich, daß die Dauer der Zeit, in der das Gleitstück 22 in der Schließstellung der Shunt-Kontakte 26,32,34 gehalten wird, von der Dauer der Schwingbewegung der Masse 6 4 abhängt. Diese ist aber von der Kraft oder der Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte des Strombegrenzungsschalters abhängig.

Die Energie zum Inbewegungsetzen der Masse 64 ist abgeleitet von derjenigen der Verschiebung des Gleitstückes 22; sie wird auf Letzteres wieder zurückübertragen, um eine Verschiebung des Gleitstückes 22 im entgegengesetzten Sinne zu bewirken, was einer öffnung der Shunt-Kontakte 26,32,34 entspricht.

Die ganze Anordnung ist außergewöhnlich einfach und benötigt keine besondere Regelung, da die Schwingungsdauer durch die Kennwerte der Spiralfeder 68 und der Masse 64 bestimmt ist. Der geringe Raumbedarf des Zeitgliedes 38

909885/0693

-4-

erlaubt seine Anordnung in der transversalen Symmetrieebene der Löschkammern 42,44. Somit läßt sich die ganze Anordnung unschwer im ohnehin vorhandenen gemeinsamen Gehäuse 76 unterbringen, wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel sind die Kontaktbrücken 24,26 mit Spiel auf den Achsen 78,8O des Gleitstückes 22 montiert, wobei ein elastisches Material 83 zwischen das jeweilige Ende der Kontaktbrücke 24,26 und dem Boden des Sitzes dieser Enden eingefügt ist, was die Kontaktbrücke 24,26 in die am weitesten herausragende Stellung treibt. Das elastische Material 82 stellt einen Stoßverzehr beim öffnen und Schließen der Kontakte des Schalters sicher.

Offensichtlich kann die Bewegung der Masse 6 4 eine lineare Schwingbewegung oder eine Pendelbewegung sein. Solche Bewegungsarten würden aber eine besondere Führung der Masse erfordern. Die beweglichen Kontaktbrücken 24,26 können auch durch eine einzige Brücke ersetzt werden, die dann selektiv mit den Brennkontakten 28,30 bzw. den Shunt-Kontakten 32,34 zusammenwirken.

Die Shunt-Kontakte, die hier Widerstände zuschalten, können bei anderen Anwendungen der erfindungsgemäßen Anordnung andere beliebige Stromkreise für eine kurze, vorbestimmte Zeitdauer zuschalten oder einen beliebigen Stromkreis unabhängig vom Haupt-Stromkreis schließen.

Claims (9)

Firma Merlin Gerin, Grenoble/Frankreich - 1 Patentansprüche:

1.^Strombegrenzungsschalter mit einem über elektrodynami-

Mittel auslösbaren beweglichen Schaltteil, das wenigstens einen beweglichen Kontakt aufweist, der in eine erste Schließstellung eines ersten Stromkreises gedrückt werden kann und aus dieser durch eine elektrodynamische Schaltanordnung schnell sowie unter dem Einfluß einer Logik-Steuervorrichtung in eine zweite Stellung des öffnens des ersten Stromkreises sowie des Schließens eines zweiten Stromkreises verbringbar ist, in welcher das bewegliche Schaltteil durch eine zeitabhängige Haltevorrichtung gehalten werden kann, nach Patent ... (Patentanmeldung P 27 38 087.6) gekennzeichnet durch

- eine bewegliche Massenanhäufung (z.B. 64),

die aus einer Ruhestellung heraus eine Schwingbewegung für die Dauer der Haltezeit der Haltevorrichtung unter dem Einfluß eines von der Bewegung des beweglichen Schaltteiles (z.B. 10,20,22,24,26,50,60) aus der ersten in die zweite Stellung ausgehenden Impulses ausführen kann und

- durch eine elastische Einrichtung (z.B. 40,68,82),

die einerseits mit der beweglichen Massenanhäufung, diese in die Ruhestellung verbringend, und die andererseits mit dem beweglichen Schaltteil, dieses während

909885/0693

der Schwingbewegung der Massenanhäufung in die zweite Stellung verbringend, zusammenwirkend ausgeführt ist.

2. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die elastische Einrichtung eine Feder (68) beinhaltet, deren eines Ende mit der Massenanhäufung (z.B. 64) und deren anderes Ende (70) mit den entsprechenden Teilen (z.B. 50,60) des beweglichen Schaltteiles zusammenwirkend sowie derart eingebaut ist, daß die Feder (6 8) in der Ruhestellung der Massenanhäufung (z.B. 64) entspannt ist.

3. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Teil der Massenanhäufung (z.B. 64) bei deren Rückkehr in die Ruhestellung an das entsprechende Teil (z.B. 60) des beweglichen Schaltteiles anschlagend und damit die Verschiebung des beweglichen Schaltteiles aus der zweiten in die erste Stellung verursachend ausgebildet ist.

4. Strombegrenzungsschalter nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Massenanhäufung zum mechanischen Zeitglied (38) als um eine Achse (62) rotierfähiger Massenkörper (64) ausgebildet ist und daß auf die gleiche Achse (62) eine Spiralfeder (6 8) aufgefädelt ist.

5. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß als Spiralfeder 6 8 eine gewickelte, sogenannte Uhr-Blattfeder dient und daß das diese Uhr-Blattfeder aufnehmende

909885/0693

- 3 Federgehäuse den Massenkörper (64) bildet.

6. Strombegrenzungsschalter nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet»

daß ein elastisches Rückstellglied <z.B. Rückstellfeder 16) derart eingebaut ist, daß sie das bewegliche Schaltteil in die erste Stellung treibend wirkt und daß sie einen variablen Koeffizienten hat, so daß die Wirkung der Rückstelleinrichtung vernachlässigbar ist, sobald sich das bewegliche Schaltteil in seiner zweiten Stellung befindet.

7. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückstelleinrichtung eine Rückstellfeder (40) sowie einen Hebel (50 bzw. 60) beinhaltet und daß diese Teile derart eingebaut sind, daß die Totpunktlage der Einrichtung der zweiten Stellung des beweglichen Schaltteiles entspricht.

8. Strombegrenzungsschalter nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der bewegliche Kontakt als mindestens eine Kontaktbrücke zwischen zwei Löschkammern (42,44) ausgebildet ist und daß die Halteeinrichtung (z.B. 22) in der transversalen Symmetrieebene zwischen diesen Kammern angeordnet ist.

9. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß das bewegliche Schaltteil zwei Kontaktbrücken (1O bzw, 24,-26) beinhaltet, daß von diesen Kontaktbrücken eine den ersten Stromkreis schließend und die andere den zwei-

90988 5/0893

ten Stromkreis schließend angeordnet ist und daß die Löschkammer (42,44) den beiden Kontaktbrücken gemeinsam zugehörig eingebaut ist.

90988S/0693