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Die
Erfindung betrifft einen Antriebsmechanismus für ein bewegliches Kontaktstück eines
elektrischen Schaltgeräts.
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Sie
betrifft insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, Antriebsmechanismen
für elektrische Schaltgeräte mit einem
geradlinig bewegbaren Kontaktstück,
wie z.B. Vakuumschaltröhren.
Allerdings ist sie auch auf Schaltgeräte anwendbar, deren bewegliches
Kontaktstück
selbst drehbar ausgeführt
jedoch mit einem Eingangsglied gekoppelt ist, das seinerseits geradlinig
verschoben werden kann.
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In
der Patentanmeldung FR-A-2 681 723 wird ein Mechanismus mit zwei
Parallelogrammen beschrieben, der den Antrieb einer, durch eine
Feder bewegte Vakuumschaltröhre
erlaubt. Der beschriebene Mechanismus erlaubt nur sehr kleine Winkelverschiebungen
der beiden Parallelogramme, die sich nur sehr geringfügig zwischen
der Ausschaltstellung und der Einschaltstellung des Mechanismus verschieben.
Aus diesem Grund ist das Übertragungsverhältnis des
Mechanismus' fast
konstant. Anders ausgedrückt
steht die vom Mechanismus auf die Kontaktstange der Schaltröhre ausgeübte Kraft
in einem fast konstanten Verhältnis
zu der durch die Feder aufgebrachten Kraft. Da die von der Feder
auf den Mechanismus ausgeübte
Kraft im Verlauf ihrer Entspannung proportional zur Verlängerung
der Feder abnimmt, verringert sich die vom Mechanismus auf die Kontaktstange
der Schaltröhre
ausgeübte Kraft
daher ebenfalls im Verlauf der Einschaltbewegung. Die zur Beaufschlagung
der Kontaktstange der Schaltröhre
erforderliche Kraft ist jedoch in der Endphase der Einschaltbewegung
größer als
zu deren Beginn, da der Mechanismus in diesem Augenblick einen ausreichenden
Kontaktdruck gewährleisten muss.
Aufgrund dieser Anforderung muss die Einschaltfeder überdimensioniert
werden. Die Einschaltenergie ist dadurch unnötig hoch, so dass eine starker
Verschleiß der
Teile die Folge ist, was wiederum dazu zwingt, auch diese Teile überzudimensionieren.
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Eine
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Antriebsmechanismus
für ein
elektrisches Schaltgerät
wie eine Vakuumschaltröhre
anzugeben, die nicht mit den oben beschriebenen Nachteilen behaftet
ist und die insbesondere ein großes Kraftübertragungsverhältnis in
der Endphase der Einschaltbewegung gewährleistet, derart dass die
Restkraft der in der Endphase des Einschalthubs teilweise entspannten
Einschaltfeder ausreicht, um den erforderlichen Kontaktdruck zu
gewährleisten.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Antriebsmechanismus für ein Kontaktstück eines
elektrischen Schaltgeräts
mit einem Chassis erfüllt,
welches Kontaktstück
mit einem Antriebselement verbunden ist und zusammen mit diesem
relativ zum Chassis zwischen einer Trennstellung und einer Kontaktstellung verschoben
werden kann, wobei der Mechanismus
- • ein Gelenkparallelogramm
mit einem ersten Hebel, der um eine in Bezug zum Chassis ortsfeste, erste
geometrische Achse verschwenkt werden kann, einem zweiten Hebel,
der um eine in Bezug zum Chassis ortsfeste, zweite geometrische
Achse verschwenkt werden kann, einer Übertragungsstange, die um eine
in Bezug zum zweiten Hebel ortsfeste, dritte geometrische Achse
sowie um eine in Bezug zum ersten Hebel ortsfeste, vierte geometrische
Achse verschwenkt werden kann, wobei die vier geometrischen Achsen
parallel zueinander angeordnet sind, der Abstand zwischen der ersten
und der zweiten geometrischen Achse dem Abstand zwischen der dritten
und der vierten geometrischen Achse entspricht, der Abstand zwischen
der ersten und der vierten geometrischen Achse dem Abstand zwischen
der zweiten und der dritten geometrischen Achse entspricht und das
Parallelogramm durch Verschwenken des ersten Hebels um die erste
Achse und des zweiten Hebels um die zweite Achse von einer Ausschaltstellung
in eine Einschaltstellung übergehen
kann,
- • eine
Einschaltfeder, die in der Lage ist, eine Antriebskraft auf das
Parallelogramm auszuüben, die
bestrebt ist, dieses Parallelogramm von seiner Ausschaltstellung
in seine Einschaltstellung zu überführen,
- • sowie Übertragungsmittel
zur Übertragung
der Bewegung der Übertragungsstange
auf das Antriebselement umfasst, derart dass die durch den Übergang
des Parallelogramms von seiner Ausschaltstellung in seine Einschaltstellung
erzeugte Bewegung der Übertragungsstange
das Antriebselement von der Trennstellung in die Kontaktstellung überführt,
dadurch
gekennzeichnet, dass
- • die
Einschaltfeder und die Übertragungsmittel
so angeordnet sind, dass der Mechanismus ein statisches Gesamt-Übertragungsverhältnis entsprechend
τ = F/R erzeugt,
wobei
F dem Betrag der Resultierenden der von der Übertragungsstange auf das Antriebselement übertragenen
Kräfte
entspricht, wenn die Feder das Parallelogramm im bewegungslosen
Zustand mit einer Resultierenden R beaufschlagt, welches Verhältnis in
der Kontaktstellung größer ist
als in der Trennstellung.
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Auf
diese Weise wird die Abnahme der von der Feder aufgrund ihrer teilweisen
Entspannung während
der Einschalthandlung ausgeübten
Kraft zumindest teilweise durch die Erhöhung des Übertragungsverhältnisses
kompensiert. Vorzugsweise erfolgt die Erhöhung des Übertragungsverhältnisses zwischen
der Trennstellung und der Kontaktstellung stetig.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenenen Übertragungsverhältnisse
statische Übertragungsverhältnisse
sind, so wie sie sich an unbeweglichen Teilen messen lassen. Genauer
gesagt lassen sich die hier betrachteten Übertragungsverhältnisse
in jeder Stellung des Mechanismus' messen, indem das Kontaktstück oder
das Antriebselement in der gewünschten
Stellung blockiert werden. Dies ist mit dem zuvor verwendeten Ausdruck "bewegungsloser Zustand" gemeint.
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Vorzugsweise
sind die Übertragungsmittel so
ausgelegt, dass der Mechanismus ein statisches Ausgangs-Übertragungsverhältnis entsprechend dem
Verhältnis τ1 =
F/C1 erzeugt, wobei F dem Betrag der Resultierenden
der von der Übertragungsstange auf
das Antriebselement übertragenen
Kräfte
entspricht, wenn das Parallelogramm im bewegungslosen Zustand mit
einem Drehmoment beaufschlagt wird, dessen Wert in Bezug zur Achse
des ersten Hebels einem Absolutwert von C1 entspricht,
welches Verhältnis
in der Kontaktstellung größer ist
als in der Trennstellung. Diese Erhöhung ist zumindest teilweise
auf die Erhöhung
des Gesamt-Übertragungsverhältnisses τ zurückzuführen.
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Vorzugsweise
ist die Einschaltfeder so ausgelegt, dass der Mechanismus ein statisches
Eingangs-Übertragungsverhältnis entsprechend
dem Verhältnis τ0 =
C0/R erzeugt, wobei R dem Betrag der Resultierenden
der von der Einschaltfeder auf das Parallelogramm übertragenen
Kräfte
entspricht und C0 in Bezug zur ersten geometrischen
Achse der Absolutwert des Drehmoments der Resultierenden der von
der Einschaltfeder im bewegungslosen Zustand auf das Parallelogramm übertragenen
Kräfte
ist, welches Verhältnis
in der Kontaktstellung des Antriebselements größer ist als in der Trennstellung
des Antriebselements. Diese Erhöhung
ist zumindest teilweise auf die Erhöhung des Gesamt-Übertragungsverhältnisses τ zurückzuführen.
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Nach
einer Ausgestaltung umfasst der erste Hebel ein Verbindungselement
zur Verbindung mit der Einschaltfeder, und der zweite Hebel ein
Verbindungselement zur Verbindung mit einer Einschaltklinke, die
in der Lage ist, die Verschiebung des Parallelogramms von seiner
Ausschaltstellung in seine Einschaltstellung zu verhindern. Diese
Ausführung
bietet eine große
Freiheit hinsichtlich der räumlichen
Anordnung des Angriffspunkt der Einschaltkraft.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste Hebel ein Verbindungselement
zur Verbindung mit der Einschaltfeder und der zweite Hebel ein Verbindungselement
zur Verbindung mit Mitteln zur Ausübung einer Ausschalt-Antriebskraft.
Diese Ausführung
bietet eine große
Freiheit hinsichtlich der räumlichen
Anordnung des Angriffspunkt der Einschaltkraft und des Angriffspunkt
der Ausschaltkraft.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Übertragungsmittel Führungsmittel
zur Führung
des Antriebselements relativ zum Chassis, die dem Antriebselement
mindestens einen Translationsfreiheitsgrad in Bezug zum Chassis
erlauben.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Übertragungsmittel Führungsmittel
zur Führung
des Antriebselements relativ zur Übertragungsstange, die dem
Antriebselement mindestens einen Translationsfreiheitsgrad in Bezug
zur Stange erlauben.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdrehwinkel des ersten
und des zweiten Hebels zwischen der Ausschaltstellung und der Einschaltstellung
groß.
Je größer der
Verdrehwinkel ist, desto leichter können die Übertragungsverhältnisse verändert werden,
die sich diese mit den Verdrehwinkeln ändern.
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Auf
diese Weise ist der erfindungsgemäße Mechanismus mit einer Ein-/Aus-Steuerung
vereinbar und erlaubt eine einfache und unabhängige Dimensionierung der Einschaltfeder
und der Ausschaltfeder.
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Zum
besseren Verständnis
sind mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter
Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine
Ansicht eines dreipoligen Leistungsschalters nach einer ersten Ausgestaltung
der Erfindung,
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2 den
Mechanismus des Leistungsschalters nach der ersten Ausgestaltung
der Erfindung gemäß 1 in
einer Schnittebene A-A aus 1 mit Darstellung
der Ausschalt-Entspannt-Stellung,
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3 den
Mechanismus des Leistungsschalters nach der ersten Ausgestaltung
der Erfindung gemäß der Schnittebene
A-A aus 1 mit Darstellung der Ausschalt-Gespannt-Stellung,
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4 den
Mechanismus des Leistungsschalters nach der ersten Ausgestaltung
der Erfindung gemäß der Schnittebene
A-A aus 1 zu Beginn des Einschaltvorgangs,
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5 den
Mechanismus des Leistungsschalters nach der ersten Ausgestaltung
der Erfindung gemäß der Schnittebene
A-A aus 1 mit Darstellung der Einschalt-Ausschaltbereit-Stellung,
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6 eine
Einzelheit einer Stange nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung,
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7 zeigt
eine schematische Ansicht einer dritten Ausgestaltung der Erfindung
in der Ausschaltstellung,
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8 zeigt
eine schematische Ansicht einer dritten Ausgestaltung der Erfindung
in der Einschaltstellung,
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9 zeigt
eine schematische Ansicht einer vierten Ausgestaltung der Erfindung
in der Ausschaltstellung.
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Die 1 bis 5 zeigen
einen dreipoligen Vakuumleistungsschalter 10 mit einem
Chassis, das zwei parallel zueinander angeordnete Seitenwände 14 umfasst,
die über
Zwischenstücke 16, 18 miteinander
verbunden sind und in ihrer Lage gehalten werden. Die Seitenwände 14 unterteilen
die Anordnung in drei Polkammern 20.
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In
jeder Polkammer ist eine Vakuumschaltröhre 22 mit einem feststehenden
Kontakt 24, der fest mit einem Isolierstoffgehäuse 26 verbunden
ist, sowie einem beweglichen Kontakt 28 angeordnet. Eine
Trägerachse 30 des
feststehenden Kontakts 24 ist schwenkbar in Bezug zu den
beiden, die Kammer begrenzenden Seitenwänden 14 gelagert.
In diesem Träger 30 ist
eine Längsführungsbohrung 32 für eine Endstange 34 des
feststehenden Kontakts ausgebildet. Eine Kontaktdruck-Spiralfeder 36 ist
zwischen dem Träger 30 und
der Wand des Gehäuses
angeordnet. Auf diese Weise können
der feststehende Kontakt 24 und das Gehäuse 26 der Vakuumschaltröhre 22 zusammen
mit der Achse 30 verschwenken und sich in Bezug zu dieser
Achse 30 um einen geringen Betrag in Radialrichtung geradlinig
verschieben.
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Der
bewegliche Kontakt 28 umfasst eine Stange, deren Kopf 40 in
Form eines Bügels
aus dem Gehäuse
hervorsteht. Der bewegliche Kontakt weist eine geometrische Längsachse
auf, die bei zentrierter Anordnung des beweglichen Kontakts zum
Gehäuse,
in der Verlängerungsachse
des feststehenden Kontakts, mit der durch die Bohrung 32 definierten
geometrischen radialen Translationsachse des Gehäuses zusammenfällt. Der
Bügel 40 umfasst zwei
Wangen 44, in denen jeweils eine Bohrung ausgebildet ist.
Eine Achse 46 ist in Querrichtung im Bügel montiert und durchquert
die in den Wangen ausgebildeten Bohrungen 44. Die Achse 46 trägt eine zwischen
den Wangen 44 angeordnete Mittelrolle 48 und zwei,
an ihren außerhalb
der Wangen 44 liegenden Enden montierte Seitenrollen 50.
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In
den beiden, die einzelnen Pole begrenzenden Seitenwänden 14 sind
zwei ähnlich
geformte Langlöcher 52 ausgebildet,
die einander gegenüberliegen.
Jedes Langloch 52 weist eine Längsachse auf, die radial zur
geometrischen Schwenkachse des Trägers 30 des Gehäuses 26 verläuft. Anders
ausgedrückt
schneidet die Längsachse
des Langlochs 52 die geometrische Schwenkachse des Trägers 30 und ist
senkrecht zu dieser angeordnet. Die Seitenrollen 50 der
Achse 46 wirken jeweils mit dem in der zugehörigen Seitenwand 46 des
Chassis ausgebildeten Langloch 52 zusammen, derart dass
sich der Bügel 40 in
Bezug zu den Seitenwänden 14,
parallel zu den Längsachsen
der Langlöcher
geradlinig verschieben und um die Rollen 50 verschwenken
kann.
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Der
Antriebsmechanismus des beweglichen Kontakts umfasst einen untere
Stufe, eine obere Stufe und eine Steuerstufe.
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Die
untere Stufe umfasst eine, allen drei Polen gemeinsam zugeordnete
Schaltwelle 53, die als Sechseckwelle ausgebildet ist,
welche in an den Seitenwänden 14 befestigten
Lagern montiert ist. Jede Polkammer 20 umfasst ein Gelenkparallelogramm 56,
das aus einem, fest mit der Schaltwelle 53 verbundenen
Kurbelhebel 58, einem um die von den Seitenwänden 14 getragenen
Achse 62 verschwenkenden Steuerhebel 60 sowie
einer Übertragungsstange 64 besteht.
Der Kurbelhebel 58 besteht aus zwei identischen parallel
zueinander angeordneten Flachteilen, die auf beiden Seiten der Übertragungsstange 64 montiert
und über
eine Drehachse 66 mit dieser Stange verbunden sind, so
dass ein Kippen verhindert wird. Analog hierzu besteht der Steuerhebel 60 aus
zwei identischen parallel zueinander angeordneten Flachteilen, die
auf beiden Seiten der Übertragungsstange 64 montiert
und über
eine Drehachse 68 mit dieser Stange verbunden sind. In
der Stange 64 ist ein Langloch 70 ausgebildet,
dessen geometrische Längsachse
senkrecht zur geometrischen Längsachse
der in den Seitenwänden 14 ausgebildeten
Langlöcher
verläuft
und die geometrischen Achsen der Achse 66 und der Achse 68 schneidet.
Die Achsen 66, 68, 62 sowie die Welle 53 verlaufen
alle parallel zueinander sowie senkrecht zu den Seitenwänden 14.
Dadurch kann die Stange 64 parallel zu sich selbst verschoben
werden, wenn die Schaltwelle 53 verschwenkt wird. Die auf
der Achse 46 gelagerte Mittelrolle 48 wirkt mit
dem Langloch 70 der Stange 64 zusammen. Auf diese
Weise wirkt die Achse 46 sowohl mit dem Langloch 70 als
auch mit den Langlöchern 52 zusammen,
derart dass ihre Lage immer durch die Schnittposition zwischen den beiden
Langlöchern 52 und
dem Langloch 70 bestimmt wird.
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Am
Kurbelhebel 58 ist ein Zapfen 72 ausgebildet.
Der Steuerhebel 60 umfasst eine Achse 74, auf
der zwei koaxiale Rollen gelagert sind, und zwar eine als Ausschaltrolle bezeichnete,
zwischen den beiden Flachteilen des Steuerhebels montierte Mittelrolle 76 und
eine als Einschaltrolle bezeichnete Seitenrolle 77, die
auf der Außenseite
eines der seitlichen Flachteile des Hebels 60 angeordnet
ist.
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Die
obere Stufe des Mechanismus' umfasst zwei,
allen drei Polen gemeinsam zugeordnete, in Bezug zu den Seitenwänden verschwenkbare Sechseckwellen,
und zwar eine Steuerkurvenwelle 80 und eine Spannwelle 82.
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Die
Spannwelle 82 umfasst pro Pol einen Spannhebel 84,
an dem eine Spannsteuerkurve 83 und ein Schlagstift 85 ausgebildet
sind. Die Spannwelle 82 wird durch nicht dargestellte Antriebsmittel, beispielsweise
einen Motor und/oder einen handbetätigten Spanngriff in Drehung
versetzt. Die Kopplung zwischen dem Spannhebel 82 und den
Antriebsmitteln umfasst einen Freilauf (nicht dargestellt), der
die Antriebsmittel dann mit der Welle verbindet, wenn die Antriebsmittel
die Welle mit einem Drehmoment im Uhrzeigersinn beaufschlagen, und
im anderen Fall die Antriebsmittel abkoppelt. Die Spannwelle 82 umfasst
darüber
hinaus einen, in Bezug zu einer der Seitenwände losen, zweiten Freilauf 14 (nicht
dargestellt), der die Drehung der Welle 82 im Gegenuhrzeigersinn
verhindert und die Drehung der Welle im Uhrzeigersinn erlaubt.
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An
der Steuerkurvenwelle 80 sind drei identische multifunktionale
Steuerkurven 88 ausgebildet, und zwar eine pro Pol 20.
Jede multifunktionale Steuerkurve 88 umfasst eine konkav
geformte, erste aktive Fläche 90,
die in der Lage ist, mit der Ausschaltrolle 76 zusammenzuwirken,
sowie eine stufenförmige
zweite aktive Fläche,
die aus einer, in Bezug zur geometrischen Achse der Welle zentrierten,
kreisbogenförmigen
Fläche 92 und
einem Verriegelungsanschlag 94 besteht. Darüber hinaus
ist an jeder Steuerkurve 88 eine Rolle 96 ausgebildet,
die dazu dient, mit der Steuerkurve 83 des Spannhebels 84 zusammenzuwirken.
Die multifunktionale Steuerkurve des Mittelpols wird gemäß den Figuren
im Uhrzeigersinn durch eine Ausschaltfeder 98 beaufschlagt,
die auf einem, an einer der Seitenwände befestigten Zapfen 100 sowie
auf einem Zapfen 102 gelagert ist, welcher an der Steuerkurve
befestigt und in Bezug zu deren Drehachse 80 exzentrisch
angeordnet ist. Die multifunktionalen Steuerkurven der beiden Seitenpole umfassen
jeweils eine Einschaltfeder 106, deren eines Ende auf einem,
zu den Zapfen 102 der seitlichen multifunktionalen Steuerkurven
koaxial angeordneten Zapfen 108 der Steuerkurve 88 und
deren anderes Ende auf dem Zapfen 72 des Kurbelhebels 58 gelagert
ist. Obwohl sie zu unterschiedlichen Polen gehören, sind die Federn 98 und 106 in
den 3 bis 5 schematisch mit durchgezogenen
Linien dargestellt, um ihre Funktionsweise besser zu veranschaulichen.
Die Ausschaltfedern 98 und die Einschaltfedern 106 sind
als Zugfedern ausgebildet, d.h. als Federn, deren potentielle Energie
im Verlauf ihrer Streckung zunimmt. Die Bewegung der Steuerkurven 88 wird
im Uhrzeigersinn durch einen Endanschlag 110 begrenzt.
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Die
Steuerstufe ist zwischen den Seitenwänden des Mittelpols angeordnet.
Sie kombiniert eine Ausschaltsteuerung und eine Einschaltsteuerung.
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Die
Ausschaltsteuerung umfasst zwischen den Seitenwänden des Mittelpols eine an
einer Drehachse 118 ausgebildete, halbwellenförmige Ausschaltklinke 116,
welche Drehachse in an den Seitenwänden befestigten Lagern gehalten
wird. Diese Klinke dient dazu, mit der zweiten aktiven Fläche der multifunktionalen
Steuerkurve 88 des Mittelpols zusammenzuwirken. Sie wird
gemäß den Figuren
im Gegenuhrzeigersinn durch eine Rückstellfeder 120 beaufschlagt.
Die Klinke 116 ist auf nicht dargestellte, bekannte Art
und Weise mit einem Auslöseorgan
verbunden, durch das die Klinke per Handbetätigung oder automatisch als
Folge eines elektrischen Fehlers gelöst werden kann.
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Die
Einschaltsteuerung umfasst pro Pol 20 den Schlagstift 85 sowie
eine Einschaltklinke 126, die aus einem Hebel besteht,
welcher frei beweglich in einem, auf der Sechseckwelle 80 montierten
Lager 128 montiert ist. Die Einschaltklinke 126 wird
durch eine nicht dargestellte Rückstellfeder
gemäß den 2 bis 5 im
Uhrzeigersinn beaufschlagt. Die Klinke 126 umfasst einen
Arm mit einem Ausleger 130, der mit dem Zapfen 85 zusammenwirkt,
sowie einen zweiten Arm mit einer gewölbten Fläche und einer Ruhefläche, welche
beiden Flächen
dazu dienen, mit der Einschaltrolle 77 des Steuerhebels 60 zusammenzuwirken.
Die Bewegung der Klinke 126 im Uhrzeigersinn wird durch
einen nicht dargestellten Endanschlag begrenzt. Die Endlage im Uhrzeigersinn
ist eine so genannte Verriegelungsstellung, die aus 2 ersichtlich
ist.
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Die
Funktionsweise des Mechanismus' wird nachstehend
mit Bezug auf den Mittelpol beschrieben, wobei sich die Seitenpole
selbstverständlich gleichzeitig
bewegen, da alle drei Pole und damit die drei Gelenkparallelogramme über die
Schaltwelle 53 miteinander verbunden sind, während die
multifunktionalen Steuerkurven 88 über die Welle 80 und
die Spannhebel 84 über
die Welle 82 miteinander verbunden sind.
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2 zeigt
den Leistungsschalter 10 in seiner Ausschalt-Entspannt-Stellung.
In dieser Stellung befindet sich die Einschaltklinke 126 in
der Verriegelungsstellung und ist im Uhrzeigersinn gegen den Endanschlag
geführt.
Die Einschaltrolle 77 steht so mit der gewölbten Fläche der
Klinke 126 in Eingriff, dass in Bezug zur Drehachse der
Klinke 126 das Drehmoment der von der Rolle 77 auf
die Klinke 126 ausgeübten
Kraft bestrebt ist, die Klinke im Uhrzeigersinn zu verschwenken.
Die Stellung der Klinke 126 ist daher stabil. Die Klinke 126 verhindert
die Drehung des Steuerhebels 60 im Uhrzeigersinn.
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Die
Ausschaltfeder 98 und die Einschaltfedern 106 sind
sehr leicht gespannt und beaufschlagen die multifunktionalen Steuerkurven 88 und
mit ihnen die Steuerkurvenwellen 80 im Uhrzeigersinn, wobei
die konkav geformte Fläche 90 an
der Ausschaltrolle 76 anliegt. Die Einschaltfeder 106 versucht
ebenfalls, den Kurbelhebel 58 im Uhrzeigersinn zu verschwenken,
diese Bewegung wird jedoch aufgrund des Zusammenwirkens zwischen
dem Steuerhebel 60 und der Einschaltklinke 126 blockiert. Die Übertragungsstange 64 befindet
sich in einer oberen Stellung und hält die Achse 46, den
Bügel 40 und
den beweglichen Kontakt 28 in einer offenen Trennstellung.
Die Ausschaltklinke 116 liegt auf der Kreisbogenfläche 92 auf.
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Das
Spannen des Mechanismus' erfolgt durch
Drehung der Spannwelle 82 im Uhrzeigersinn. Die Spannsteuerkurve 84 gelangt
in Anlage an die Spannrolle 96 und führt die multifunktionalen Steuerkurven 88 sowie
die Steuerkurvenwelle 80 im Gegenuhrzeigersinn mit. Die
Einschaltklinke 126 verhindert jegliches Verdrehen des
Steuerhebels 60 im Uhrzeigersinn, so dass das Parallelogramm 56 in
seiner Ausschaltstellung verharrt. Die Einschaltfeder 106 und
die Ausschaltfeder 98 spannen sich aufgrund der Drehung
der Zapfen 108 und 102, die sich von den Zapfen 72 und 100 entfernen.
Die Steuerkurvenwelle 80 gelangt in eine in 3 dargestellte äußerste Endlage,
wenn die Spannsteuerkurve 84 und die Spannrolle 96 jeweils
eine Totpunktlage erreichen. In dieser Stellung hat die Steuerkurve 92 ein
Lösen der Ausschaltklinke 116 bewirkt,
so dass die Klinke 116 unter Einwirkung ihrer Rückstellfeder 120 in
die Verriegelungsstellung verschwenkt ist.
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Sobald
die Spannsteuerkurve 84 die Totpunktlage überwindet,
wird die Steuerkurvenwelle 80 durch Einwirkung der Einschaltfeder 106 und
der Ausschaltfeder 98 vom angetriebenen Element zum Antriebselement.
Die multifunktionale Steuerkurve 88 verschwenkt unter Einwirkung
der Ausschaltfedern 98 und der Einschaltfedern 106,
bis sie in Anlage an die Ausschaltklinke 116 gelangt. In
dieser Phase wird die Bewegung der Spannrolle 96 auf die Steuerkurve 84 übertragen,
und die Spannwelle 82 verschwenkt im Uhrzeigersinn. Der
Zapfen 85 schlägt
dann gegen den Ausleger 130 der Einschaltklinke 126 und
nimmt diese im Gegenuhrzeigersinn gemäß der Darstellung in 4 mit.
Die Einschaltklinke 126 gibt dann die Rolle 77 des
Steuerhebels 60 frei, so dass das Parallelogramm 56 sich
durch Verschwenken des Steuerhebels 60 und des Kurbelhebels 58 unter
Einwirkung der Einschaltfeder 106 im Uhrzeigersinn verschiebt,
während
die multifunktionale Steuerkurve 88 durch die Ausschaltklinke 116 im Uhrzeigersinn
blockiert bleibt. Die Übertragungsstange 64 verschiebt
sich, behält
aber ihre senkrechte Ausrichtung zu den Langlöchern 52 bei. Sie
führt die Achse 46,
den mit dieser verbundenen Bügel 40 und den
fest mit dem Bügel
verbundenen beweglichen Kontakt 28 mit, bis eine geschlossene
Kontaktstellung gemäß 5 erreicht
ist, in der eine elektrische Kontaktverbindung zwischen dem beweglichen
Kontakt 28 und dem feststehenden Kontakt 24 besteht und
die Kontaktdruckfeder 36 etwa um die Hälfte komprimiert ist. In der
Einschaltstellung wird die Einschaltklinke 126 gegen die
Wirkung der Rückstellfeder
der Klinke 126 durch die Steuerrolle 74 gehalten. Die
Einschaltfeder 106 ist aufgrund der gegenseitigen Annäherung der
Zapfen 72 und 108 teilweise entspannt. Die Ausschaltfedern 98 der
Seitenpole bleiben ihrerseits gespannt, da sich die Lage der Zapfen 100 in
Bezug zu den Zapfen 102 nicht verändert.
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Im
Verlauf der Einschaltbewegung wird die Richtung der Resultierenden
der von der Einschaltfeder 106 auf das Parallelogramm 56 ausgeübten Kräfte durch
die geometrische Achse der Einschaltfeder 106 definiert,
die durch den Zapfen 72 und den Zapfen 108 sowie
parallel zur Ebene der 2 bis 5 verläuft, wobei
der Angriffspunkt der Resultierenden der durch die Einschaltfeder 106 auf
das Parallelogramm 56 ausgeübten Kräfte auf dem Zapfen 72 liegt.
Während
des Einschaltvorgangs nimmt aufgrund der stetigen Öffnung des
zwischen der geometrischen Achse der Einschaltfeder 106 und
dem Kurbelhebel 58 ausgebildeten Winkels α der Absolutwert des
statischen Eingangs-Übertragungsverhältnisses zu,
welches Verhältnis
durch die Beziehung τ0 = C0/R definiert
ist, wobei R dem Betrag der Resultierenden der von der Einschaltfeder 106 auf
das Parallelogramm 56 ausgeübten Kräfte und C0 in
Bezug zur geometrischen Achse der Welle 53 dem Absolutwert des
Drehmoments der Resultierenden der von der Einschaltfeder 106 auf
das Parallelogramm 56 ausgeübten Kräfte entsprechen, so dass das
Verhältnis τ0 in
der Endphase der Einschaltbewegung größer ist als zu deren Beginn.
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Darüber hinaus
verläuft
die Richtung der von der Übertragungsstange 64 auf
die fest mit dem Bügel 40 verbundene
Achse 46 während
des Einschaltvorgangs übertragenen
Kräfte
annähernd
senkrecht zur Längsachse
des Langlochs 70 sowie parallel zur Längsachse der Langlöcher 52.
Daraus folgt, dass aufgrund der stetigen Öffnung des zwischen der Längsachse
des Langlochs 70 und dem Kurbelhebel 58 ausgebildeten
Winkels β während des
Einschaltvorgangs der Absolutwert des statischen Ausgangs-Übertragungsverhältnisses
zunimmt, welches Verhältnis
durch die Beziehung τ1 = F/C1 definiert
ist, wobei F dem Betrag der Resultierenden der von der Übertragungsstange 64 auf
die Achse 46 ausgeübten
Kräfte
entspricht, wenn ein Drehmoment auf die Achse 53 des Parallelogramms 56 wirkt,
dessen Absolutwert in Bezug zur Achse des ersten Hebels C1 entspricht, so dass das Verhältnis τ1 in
der Endphase der Einschaltbewegung größer ist als zu deren Beginn.
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Insgesamt
nimmt das statische Gesamt-Übertragungsverhältnis τ = F/R während des Einschaltvorgangs
zu und ist in der Endphase des Einschaltvorgangs größer als
zu deren Beginn.
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Auf
diese Weise lässt
sich die Zunahme des statischen Übertragungsverhältnisses,
insbesondere durch Änderung
der Lage der geometrischen Achse der Einschaltfeder leicht verändern. Zu
diesem Zweck muss lediglich die relative Anordnung der Zapfen 72 und 108,
beispielsweise durch Versetzen des Zapfens 108 auf der
multifunktionalen Steuerkurve geändert
werden.
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Der
Abschaltvorgang des Leistungsschalters wird durch Drehung der Ausschaltklinke 116 als
Folge eines manuellen oder automatischen Auslösebefehls eingeleitet. Durch
Verschwenken der Halbwelle 116 wird die multifunktionale
Steuerkurve 88 des Mittelpols und damit die Steuerkurvenwelle 80 freigegeben.
Unter Einwirkung der Ausschaltfeder 98 verschwenken die
multifunktionale Steuerkurve 88 und die Steuerkurvenwelle 80 im
Uhrzeigersinn. Die konkav geformte Fläche 90 der multifunktionalen
Steuerkurve 88 gelangt in Anlage an der Ausschaltrolle 76, die
ein Verschwenken des Steuerhebels 60 im Uhrzeigersinn und
dadurch das Zusammenfalten des Parallelogramms 56 bewirkt.
Die Übertragungsstange 64 führt die
Achse 46 in Richtung der Ausschaltstellung geradlinig mit.
Die Ausschaltbewegung ist beendet, wenn die multifunktionale Steuerkurve 88 den
Endanschlag 110 erreicht hat. Der Leistungsschalter befindet
sich dann erneut in dem in 2 gezeigten
Schaltzustand.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Sie ist insbesondere sowohl auf dreiphasige als auch auf einphasige
Schaltgeräte
anwendbar. Es sind verschiedene Ausführungsvarianten denkbar.
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6 zeigt
eine zweite Ausgestaltung der Erfindung, die sich lediglich in der
Form des in der Übertragungsstange
ausgebildeten Langlochs 270 von der ersten Ausgestaltung
unterscheidet. Durch die hier gewählte gebogene Form kann das Übertragungsverhältnis während des
Einschaltvorgangs und des Ausschaltvorgangs beeinflusst werden.
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Die 7 und 8 zeigen
schematische Ansichten einer Ausführungsvariante nach einer dritten
Ausgestaltung der Erfindung mit einer Vakuumschaltröhre 222 und
einem Parallelogrammmechanismus, der einen Kurbelhebel 258,
einen Steuerhebel 260 und eine Übertragungsstange 264 mit
einer Aussparung 270 umfasst. Diese Variante unterscheidet
sich von der ersten Ausgestaltung dadurch, dass die Achse der Übertragungsstange 264,
d.h. die geometrische Achse, welche senkrecht zu den beiden Schwenkachsen
der Übertragungsstange 264 verläuft und
diese Achsen schneidet, parallel zur Achse der Vakuumschaltröhre 22 angeordnet
ist. In der Ausschaltstellung gemäß 7 ist der
Hebelarm der Einschaltfeder aufgrund des Neigungswinkels α in Bezug
zum Kurbelhebel verhältnismäßig kurz,
während die
Federspannung ihren Maximalwert aufweist. Bei der Einschaltung nähert sich
der Winkel α der
Feder einem rechten Winkel an, so dass das Übertragungsverhältnis τ1 zunimmt.
Gleichzeitig steigt auch das Verhältnis τ2 an,
so dass auch bei dieser Ausgestaltung das Gesamt-Übertragungsverhältnis τ zunimmt.
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Die
Erfindung ist nicht nur auf den Ausschaltvorgang und den Einschaltvorgang
von Vakuumschaltröhren
in Leistungsschaltern oder Lastschaltern anwendbar, sondern auch
auf Einschalt- und Ausschaltvorgänge
anderer Kontaktsysteme, deren Stellung durch eine geradlinige Bewegung
geringer Amplitude bestimmt werden kann. So zeigt 9 eine
Ausführungsvariante
gemäß einer
vierten Ausgestaltung der Erfindung, mit der sich der Ausschaltvorgang
und der Einschaltvorgang eines Leistungsschalters steuern lässt, dessen
bewegliches Kontaktstück 328 Kontaktfinger 328a umfasst,
die schwenkbar auf einer Achse 328a montiert sind, welche
in einem Tragkörper 328c,
der seinerseits um eine am Chassis des Mechanismus' befestigte Achse 328d verschwenkt
werden kann, befestigt sind. Eine Kontaktdruckfeder 336 gewährleistet
dabei den Kontaktdruck in der Einschaltstellung. Der Antriebsmechanismus
und insbesondere das Parallelogramms sind ähnlich ausgeführt wie
bei der ersten Ausgestaltung. Die Verbindung zwischen dem Parallelogramm 356 und
dem Kontaktstück 328 wird
durch eine Gelenkstange 346 gewährleistet.
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Es
sind weitere Ausführungsvarianten
denkbar. Insbesondere ist die beschriebene konstruktive Ausführung der
zweifach vorhandenen Flachteile nicht zwingend. Darüber hinaus
kann die Ansteuerung des Mechanismus so ausgelegt sein, dass Spannfunktion
und Einschaltauslösung
getrennt ausgeführt
sind. Hierzu müssen
lediglich der Einschaltzapfen 85 auf der Spannwelle weggelassen
und ein unabhängiges
Element zum Verschwenken der Einschaltklinke vorgesehen werden.
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Je
nach erforderlicher Energie kann die Anzahl der Ausschaltfedern
und Einschaltfedern variieren. Die Ausschaltfeder bzw. Ausschaltfedern
können
wahlweise im Mittelpol und/oder einem der Seitenpole angeordnet
sein. Das Gleiche gilt für
die Einschaltfeder bzw. die Einschaltfedern. Die Zapfen 102 und 108 müssen nicht
notwendigerweise koaxial angeordnet sein. Die Einschaltsteuerung
ist nicht notwendigerweise in jedem Pol aus geführt. Die Ausschaltsteuerung
kann in einem Seitenpol angeordnet sein. Sie kann ebenfalls in jedem
Pol separat ausgeführt
sein.