DE3689683T2

DE3689683T2 - Betätigungsmechanismus für einen Schalter mit einer Energiespeichervorrichtung.

Info

Publication number: DE3689683T2
Application number: DE3689683T
Authority: DE
Inventors: Pierre Baginski; Jean-Pierre Nebon
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2006-10-14
Also published as: JPS62105321A; EP0222645A1; JPH071656B2; IN167258B; CN1005878B; FR2589626B1; FR2589626A1; CA1289179C; EP0222645B1; HK41795A; US4713508A; CN86107510A; DE3689683D1; ZA868062B

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In der US-A-3.084.238 ist ein Mechanismus für einen Leistungsschalter beschrieben, der eine Teleskopverbindung zum Zusammendrücken und Dehnen einer Feder aufweist, die durch eine Klinkvorrichtung gespannt wird. Die Feder wird im zusammengedrückten Zustand durch ein Verriegelungssystem blockiert und erlaubt ein langsames Schließen der Kontakte. Die Einschaltfeder verbleibt dauerhaft im Mechanismus, und ihr Austausch ist nicht vorgesehen.
In der FR-A-2.558.986 wird ein Mechanismus mit Spann-Steuerkurve beschrieben, deren Freigabe durch die Entriegelung einer Einschaltklinke erfolgt. Die Entspannung der Einschaltfeder gewährleistet ein sprungartiges Schließen der Kontakte, und die Wiederspannung der Feder erfolgt unmittelbar nach dem Schließen des Leistungsschalters entweder mit Hilfe eines Spannhebels von Hand oder über einen Elektromotor, um bei einer Fehlerabschaltung erneut wirken zu können. Solche Mechanismen für Leistungsschalter hoher Nennströme müssen für große Schaltkräfte ausgelegt sein, die sich aus den geforderten Eigenschaften und Kenndaten, insbesondere der elektrodynamischen Festigkeit, dem Einschaltvermögen usw. ergeben. Um den Anforderungen an die Herstellung einer Baureihe von Leistungsschaltern zu genügen, die sowohl Grundmodelle als auch Schalter höherer Leistungsklassen umfaßt, sind daher mehrere Arten von Antriebsmechanismen mit Kraftspeicher-Einschaltfedern unterschiedlicher Wirkkraft notwendig. Daraus ergeben sich eine erhöhte Lagerhaltung sowie Probleme hinsichtlich der Produktionssteuerung und Herstellungskosten der Mechanismen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die gesamte Schalter- Baureihe einen Standardmechanismus mit Federkraft-Energiespeichersystem zu schaffen, dessen Federn hinsichtlich der Wirkkräfte an den jeweiligen Schaltertyp angepaßt werden können.
Der erfindungsgemäße Antriebsmechanismus ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel die kinematische Kette mit dem Kniehebelmechanismus unterbrechen und so den Ausbau der aus der Teleskopverbindung und der zusammengedrückten Einschaltfeder bestehenden Teileinheit erlauben.
Bei der Installation des Leistungsschalters müssen lediglich die Einschaltfeder bzw. -federn an das jeweilige Schaltermodell angepaßt werden. Die Anpassung erfolgt entweder durch Hinzufügen einer weiteren oder durch einfachen Austausch der vorhandenen Feder bzw. Federn des Kraftspeicherantriebs. Diese Arbeitsschritte erfolgen auf einfache Weise, ohne daß der Standardmechanismus ausgebaut werden muß.
Die Teleskopverbindung weist ein in einer Aufnahme des Chassis gelagertes Führungselement auf, das mit einer mechanisch mit der kinematischen Kette gekoppelten Kappe gleitend zusammenwirkt, wenn das Blockierelement nicht in die Teleskopverbindung eingesetzt ist.
Am Ende des Spannhubs der Einschaltfeder des Energiespeichersystems kann das Blockierelement der Teleskopverbindung in die fluchtenden Öffnungen der Kappe und des Führungselements eingeschoben werden, so daß die Entspannung der Feder beim Ausbau der Teleskopverbindung verhindert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht des Kniehebelmechanismus' bei geöffneten Kontakten und gespanntem Auslösehaken;
- Fig. 2 und 3 schematische Ansichten des Energiespeichersystems bei entspannter bzw. gespannter Stellung der Steuerkurve und der Einschaltfeder;
- Fig. 4 eine Übersichtsdarstellung des Antriebsmechanismus' bei
geöffneten Kontakten und gespannter Stellung des Energiespeichersystems;
- Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 4 bei geschlossenen Kontakten und entspannter Stellung des Energiespeichersystems;
- Fig. 6 eine Ansicht entsprechend Fig. 3 vor dem Einsetzen des Blockierelements der Teleskopverbindung am Ende des Spannhubs der Einschaltfedern.
- Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 2 nach dem Einsetzen des Blockierelements der Teleskopverbindung und Entriegelung der Spann-Steuerkurve durch die Einschaltklinke.
In den Fig. 1 bis 5 wird ein Mehrpol-Leistungsschalter mit mindestens zwei trennbaren Kontakten 10, 12 pro Pol durch einen Antriebsmechanismus 14 betätigt, der auf einem Chassis mit parallelen Anbauflächen 15 montiert ist und einen einem Auslösehaken 18 zugeordneten Kniehebelmechanismus 16 aufweist.
Der Kniehebelmechanismus 16 (Fig. 1) umfaßt zwei Gelenkarme 20, 22, die auf einer Schwenkachse 24 gelagert sind, wobei der untere Gelenkarm 20 zur Kraftübertragung mechanisch mit einer auf alle Pole wirkenden quer angeordneten Schaltstange 23 gekoppelt ist. Die Schaltstange 23 umfaßt eine Welle 26, die zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung der Kontakte 10, 12 verschwenkt werden kann. In Höhe jedes Pols ist ein Verbindungselement 30 (Fig. 4 und 5) angeordnet, das einen Kurbelzapfen der Schaltstange 23 mit einem als Träger für den beweglichen Kontakt 12 dienenden Isolierstoffkäfig 28 verbindet. Dieser Kontakt ist über einen flexiblen Leiter 32, insbesondere ein Leitungsband 34 mit einem Anschluß 32 verbunden. Zwischen dem Isolierstoffkäfig 28 und der Oberseite jedes beweglichen Kontakts 12 ist eine Kontaktdruckfeder 36 angeordnet.
Der Auslösehaken 18 ist drehbar auf einer ortsfesten Hauptachse 38 montiert und kann zwischen einer gespannten Stellung (Fig. 1) und einer Ausgelöst-Stellung verschwenkt werden. Eine Ausschaltfeder 40 ist zwischen einem Zapfen 42 der Schaltstange 23 und einem oberhalb des Kniehebelmechanismus 16 angeordneten ortsfesten Rückhaltezapfen 44 gespannt. Eine Ausschaltklinke 46, die aus einem schwenkbar auf einer Achse 48 gelagerten Verriegelungshebel besteht, wird über eine erste halbmondförmige Rastvorrichtung 50 angesteuert. Gegenüber der ersten Rastvorrichtung 50 auf der entgegengesetzten Seite der Achse 48 ist eine Rückholfeder 52 der Ausschaltklinke 46 angeordnet. Ein an der Ausschaltklinke 46 zwischen der Achse 48 und der Rastvorrichtung 50 ausgebildeter Anschlag 54 wirkt in der gespannten Stellung mit einer V-förmigen Aussparung 56 des Auslösehakens 18 zusammen. Der obere Gelenkarm 22 des Kniehebelmechanismus' 16 ist schwenkbar auf einer Achse 58 gelagert, die an dem der V-förmigen Aussparung 56 gegenüberliegenden Ende des Auslösehakens 18 angeordnet ist. Der Haken 18 wird durch eine zwischen der Achse 58 und dem Rückhaltezapfen 44 befestigte Rückholfeder 60 trigonometrisch in Richtung der gespannten Stellung beaufschlagt (Fig. 1), in der der Anschlag 54 der Ausschaltklinke 46 in der V-förmigen Aussparung 56 des Hakens 18 liegt.
Der Antriebsmechanismus 14 weist eine Wiederspannungs-Steuerkurve 62 auf, die auf der Hauptachse 38 des Auslösehakens 18 montiert ist und mit einem in den Fig. 2 und 3 im Detail dargestellten Energiespeichersystem 64 zusammenwirkt.
Neben der Wiederspannungs-Steuerkurve 62 weist das Energiespeichersystem 64 eine über eine zweite Rastvorrichtung 68 angesteuerte Einschaltklinke 66 sowie einen schwenkbar auf einer Achse 69 montierten Mitnehmerhebel 70 auf. Eine mindestens eine Einschaltfeder 72 aufweisende elastische Energiespeichervorrichtung 71 ist zwischen einer Aufnahme 74 des Chassis und einem Übertragungszapfen 76 des Mitnehmerhebels 70 montiert. Die Wiederspannungs-Steuerkurve 62 wirkt mit einer Rolle 78 des Mitnehmerhebels 70 zusammen, der durch die Einschaltfeder 72 gegen die Steuerkurve 62 gedrückt wird. Die Umrißlinie der Steuerkurve 62 weist einen ersten Abschnitt 80 zur Spannung der Einschaltfeder und einen der Freigabe der Rolle 78 entsprechenden zweiten Abschnitt 82 auf, der unter der Wirkung der Einschaltfeder 72 ein sprungartiges Verschwenken des Mitnehmerhebels 70 im Gegenuhrzeigersinn ermöglicht (Übergang von Fig. 3 zu Fig. 2). Die Wiederspannungs-Steuerkurve 62 weist darüber hinaus einen Zapfen 84 auf, der dazu dient, mit der Einschaltklinke 66 in Anschlag zu gelangen, wenn das Ende des ersten Abschnitts 80 der Steuerkurve 62 gegen die Rolle 78 des Mitnehmerhebels 70 drückt.
In der stabilen Lage gemäß Fig. 3 ist die Einschaltfeder 72 des Energiespeichersystems 64 gespannt, und die Kontakte 10, 12 befinden sich je nach Position des Kniehebelmechanismus' 16 aus Fig. 1 in Einschalt- oder Ausschaltstellung. Die auf den ersten Abschnitt 80 der Steuerkurve wirkende Rolle 78 übt im Uhrzeigersinn ein Drehmoment auf die Steuerkurve 62 aus. Die Einschaltklinke 66 wirkt dieser Drehbeanspruchung aufgrund der Rückhaltung des Zapfens 84 der Steuerkurve 62 entgegen.
Der Antriebsmechanismus 14 wirkt mit einem (nicht dargestellten) magnetothermischen oder elektronischen Auslöser zusammen, um das automatische Öffnen der Kontakte 10, 12 im Überlast- oder Fehlerfall zu bewirken. Nach dem Öffnen der Kontakte 10, 12 durch den Kniehebelmechanismus 16 (Fig. 1 bis 4) kann durch Betätigung der zweiten Rastvorrichtung 68 ein Einschaltspiel ausgelöst werden, wobei die Einschaltklinke 66 um ihre Achse 88 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird (Fig. 2). Dadurch wird der Zapfen 84 freigegeben, und die Steuerscheibe 62 verschwenkt durch die Kraftwirkung der Rolle 78 im Uhrzeigersinn, wobei der zweite Abschnitt 82 der Steuerkurve 62 in die Freigabestellung des Mitnehmerhebels 70 überführt wird. Der Mitnehmerhebel seinerseits wird durch die Entspannung der Einschaltfeder 72 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, so daß eine Einschaltkraft auf den Kniehebelmechanismus 16 übertragen wird und so die Kontakte 10, 12 in die Einschaltstellung überführt werden (Fig. 5). Dieses Einschaltspiel wirkt auf die Ausschaltfeder 40, die auf diese Weise bei der Entspannung der Einschaltfeder 72 automatisch gespannt wird.
Das Wiederspannen des Energiespeichersystems 64 durch Zusammendrücken der Einschaltfeder 72 erfolgt entweder von Hand oder automatisch mit Hilfe eines auf die Hauptachse 38 wirkenden (nicht dargestellten) Spannhebels bzw. Getriebemotors. Dieses Wiederspannen der Einschaltfeder 72 durch Drehung der Steuerkurve 62 ist in der französischen Patentanmeldung 2 558 986 des Anmelders genau beschrieben. Das Verschwenken der Hauptachse erfolgt im Uhrzeigersinn bis der Zapfen 84 der Steuerkurve 62 in Anschlag gegen die Einschaltklinke 66 gelangt. Die Steuerkurve 62 verschwenkt zusammen mit der Hauptachse 38 im gleichen Drehsinn und nimmt zwei stabile Lagen ein, nämlich eine Gespannt-Stellung (Fig. 3), in der die Steuerkurve 62 durch die Einschaltklinke 66 verriegelt ist, sowie eine Entspannt-Stellung (Fig. 2), die die Freigabe des Mitnehmerhebels 70 und die Entspannung der Einschaltfeder 72 erlaubt.
Die elastische Energiespeichervorrichtung 71 kann je nach gewünschter Straffheit eine einzige Einschaltfeder 72 (Fig. 2 bis 5) oder mehrerer koaxial angeordnete Einschaltfedern (Fig. 6 und 7) aufweisen, die als Schrauben-Druckfedern ausgebildet sind. Die Federn sind auf einer Teleskopverbindung 90 montiert, die ein in einer Aufnahme 74 des Chassis gelagertes Führungselement 92 sowie eine Kappe 94 umfaßt, die auf dem Führungselement 92 entlanggleitet und dabei mit dem Übertragungszapfen 76 des Mitnehmerhebels zusammenwirkt. Im Normalbetrieb des Energiespeichersystems 14 liegt der Übertragungszapfen 76 in einer Aussparung 104 der Kappe 94.
Die Kappe 94 sowie das Führungselement 92 sind vorteilhaft mit Öffnungen 96, 98 zur Durchführung eines Blockierelements 100 versehen, das die Entnahme der Teleskopverbindung 90 aus dem Mechanismus erlaubt.
Durch Einsetzen des Blockierelements 100 werden die Teleskopverbindung 90 sicher unterbrochen und die Einschaltfedern 72 durch Verhinderung ihrer Entspannung im zusammengedrückten Zustand gehalten. Das Blockierelement 100 kann als Stift, Keil oder Schraube ausgebildet sein und durchragt in Radialrichtung die nach dem Ineinanderschieben von Kappe 94 und Führungselement 92 in der Nähe der Gespannt-Stellung fluchtend gegenüberliegenden Öffnungen 96, 98 der Teleskopverbindung.
Die Anpassung der Einschaltfedern 72 des Energiespeichersystems 64 ist in Fig. 6 und 7 dargestellt und erfolgt auf die nachstehend beschriebene Art und Weise:
Das Energiespeichersystem 64 wird zunächst durch Drehung der Hauptachse 38 sowie der Steuerkurve 62 in die Gespannt-Stellung überführt (Fig. 6). Die Einschaltklinke 66 hält die Steuerkurve 62 in dieser Gespannt-Stellung, und die beiden Federn 72 sind zusammengedrückt. Die fluchtend gegenüberliegenden Öffnungen 96, 98 in der Kappe 94 bzw. im Führungselement 92 erlauben die Einführung des Blockierelements 100, so daß die Ausdehnung der Teleskopverbindung 90 danach nicht mehr möglich ist.
Die Betätigung des Einschaltknopfs des Energiespeichersystems 14 wirkt anschließend auf die zweite Rastvorrichtung 68, die die Einschaltklinke 66 entriegelt und die Steuerkurve 62 freigibt. Durch Verschwenken des Mitnehmerhebels 70 im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 69 wird die mechanische Verbindung zwischen der Kappe 94 und dem Übertragungszapfen 76 des Mitnehmerhebels 70 unterbrochen (Fig. 7). Die gesamte Einheit aus Teleskopverbindung 90 und Einschaltfedern 72 der elastischen Energiespeichervorrichtung 71 kann nun aus dem Energiespeichersystem 14 herausgenommen werden. Nach Einführung des Blockierelements 100 verbleibt ein leichtes Axialspiel 102 zwischen der Kappe 94 und dem Führungselement 92.
Das Vorhandensein des Axialspiels 102 ist unverzichtbar, um das Blockierelement anschließend wieder entfernen zu können. Dieser Arbeitsschritt erfolgt außerhalb des Mechanismus' mit Hilfe eines Schraubstocks oder eines Spezialwerkzeugs, das eine maximale Kompression der Federn 72 gewährleistet, bis das Spiel 102 wieder hergestellt ist. Nach der Herausnahme des Blockierelements 100 erlaubt die Entriegelung der Teleskopverbindung 90 eine allmähliche Entspannung der Federn 72. Nach dem Ausbau der beiden Federn 72 können an ihrer Stelle andere Schrauben-Druckfedern mit abweichender Federkraft oder eine zusätzliche dritte Einschaltfeder 72 (gestrichelte Linie in Fig. 6) eingesetzt werden.
Der Wiedereinbau der elastischen Energiespeichervorrichtung 71 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, nachdem zuvor die neuen Einschaltfedern 72 maximal komprimiert und das Blockierelement 100 wieder eingesetzt wurden. Das Wiedereinsetzen der Vorrichtung 71 in den Mechanismus 14 erfolgt durch einfache Positionierung des Führungselements 92 in der Aufnahmeöffnung 74 des Chassis und anschließendes Spannen des Energiespeichersystems 64 (Übergang von Fig. 7 nach Fig. 6), so daß die mechanische Verbindung zwischen der Kappe 94 und dem Mitnehmerhebel 70 wieder hergestellt wird. Das Blockierelement 100 der Teleskopverbindung 90 wird schließlich wieder entfernt, und der Mechanismus 14 ist zur Ausführung eines neuen Einschaltzyklus' des Leistungsschalters bereit.
Die Anpassung bzw. der Austausch der Einschaltfedern 72 des Energiespeichersystems 64 erfolgen ohne den Ausbau des übrigen Systems 14. So kann im letzten Augenblick eine anwenderspezifische Anpassung des Antriebsmechanismus' 14 durch Wahl der entsprechenden Federkraft erfolgen, von der die elektrodynamische Festigkeit sowie die Einschaltkraft abhängen. Die Produktionssteuerung für eine Baureihe von Leistungsschaltern mit dem Antriebsmechanismus 14 kann auf diese Weise vereinfacht werden, da die Grundversion des Schalters einen Standard-Mechanismus mit einer oder zwei Federn aufweist und zur Herstellung eines leistungsfähigeren Schaltermodells (verbesserte elektrodynamische Festigkeit und erhöhtes Einschaltvermögen) lediglich eine zusätzliche Feder hinzugefügt wird, ohne den übrigen Mechanismus ausbauen zu müssen. Der einfache Austausch der Einschaltfedern 72 verbessert darüber hinaus die Wartungsfreundlichkeit des Antriebsmechanismus' 14.

Claims

1. Antriebsmechanismus für einen Mehrpol-Leistungsschalter hoher Nennströme mit zwei trennbaren Kontakten (10, 12) pro Pol und:

- einem einem Auslösehaken (18) und einer Ausschaltfeder (40) zugeordneten Kniehebelmechanismus (16) zur Überführung des beweglichen Kontakts (12) in die Ausschaltstellung, wobei das Spannen der Ausschaltfeder (40) während des Einschaltspiels automatisch erfolgt,

- einem Energiespeichersystem (64) mit einer elastischen Vorrichtung (71), die mindestens eine Einschaltfeder (72) zur Überführung des beweglichen Kontakts (12) in die Einschaltstellung sowie eine Teleskopverbindung (90) mit zwei sich relativ zueinander bewegenden Teilen aufweist, zwischen die die genannte Einschaltfeder (72) eingesetzt wird,

- einem Handbetätigungshebel und/oder einem Elektromotor, die mit den Antriebsmitteln (62, 66) zum Spannen der Einschaltfeder (72) zusammenwirken,

- und einer zwischen dem Energiespeichersystem (64) und dem Kniehebelmechanismus (16) angeordneten kinematischen Übertragungskette, wobei das Energiespeichersystem (64) ein bewegliches Blockierelement (100) zur Verriegelung der genannten Teleskopverbindung (90) am Ende des Spannhubs nach dem Ineinanderschieben der beiden Spannelemente für die Federn (72) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Antriebsmittel die Unterbrechung der kinematischen Kette mit dem Kniehebelmechanismus (16) bewirken, um den Ausbau der aus der Teleskopverbindung (90) und der zusammengedrückten Einschaltfeder (72) bestehenden Teileinheit zu ermöglichen.

2. Antriebsmechanismus eines Leistungsschalters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teleskopverbindung (90) ein Führungselement (92) aufweist, das in einer Aufnahme (74) des Chassis gelagert ist und gleitend mit einer Kappe (94) zusammenwirkt, die bei herausgezogenem Blockierelement (100) der Teleskopverbindung (90) mechanisch mit der kinematischen Kette gekoppelt ist.

3. Antriebsmechanismus eines Leistungsschalters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elemente der Teleskopverbindung Öffnungen (96, 98) aufweisen, die am Ende des Spannhubs fluchtend angeordnet werden können, um die Einführung des Blockierelements (100) zu ermöglichen.

4. Antriebsmechanismus eines Leistungsschalters nach Anspruch 1 mit einer als Schrauben-Druckfeder ausgeführten Einschaltfeder, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockierelement (100) der Teleskopverbindung (90) in Form eines quer zur Axialrichtung der Einschaltfeder (72) angeordneten Keils oder Stifts ausgebildet ist.

5. Antriebsmechanismus eines Leistungsschalters nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einführung des genannten Blockierelements (100) in die Öffnungen (96, 98) ein geringer Axialabstand (102) zwischen den beiden Elementen der Teleskopverbindung (90) verbleibt.

6. Antriebsmechanismus eines Leistungsschalters nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kinematische Übertragungskette zwischen dem Energiespeichersystem (64) und dem Kniehebelmechanismus (16) einen Mitnehmerhebel (70) mit einem in bezug auf die Schwenkachse (69) des Hebels (70) exzentrisch angeordneten Übertragungszapfen (76) aufweist, und daß der genannte Zapfen (76) mit einer Aussparung (104) der Kappe (94) zusammenwirkt, um eine mechanische Verbindung zur Unterbrechung der genannten kinematischen Kette nach Einführung des genannten Blockierelements (100) zu bilden.

7. Antriebsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einschalt-Schraubenfedern (72) mit unterschiedlichen Durchmessern koaxial auf der genannten Teleskopverbindung (90) montiert sind.

8. Antriebsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel eine mit Hilfe des Handbetätigungshebels und/oder des Motors durch Zusammenwirkung mit einer Rolle (78) des Mitnehmerhebels (70) verschwenkte Wiederspannungs- Steuerkurve (62) aufweisen und daß eine durch eine Rastvorrichtung (68) angesteuerte Einschaltklinke (66) eine erste Stellung mit Verriegelung der Steuerkurve in der Gespannt-Stellung und eine zweite Stellung mit Entriegelung der Steuerkurve (62) zur Entspannung der Einschaltfeder aufweist.