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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Anordnung,
die einen Schaltungsunterbrecher und eine Vorrichtung zum Betätigen des Schaltungsunterbrechers
aufweist, und insbesondere auf eine elektrische Anordnung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Ein
Schaltungsunterbrecher ist eine elektrische Vorrichtung, die in
der Lage ist, einen Stromfluss in einer Schaltung mittels spezieller
trennbarer Kontakte zu unterbrechen oder einzurichten; insbesondere
werden die Kontakte in einem geschlossenen Schaltungsunterbrecherzustand
mit einer geeigneten Kraft zusammengedrückt, während dieselben in einem offenen
Schaltungsunterbrecherzustand um einen trennenden Abstand getrennt
werden. Diese Betriebszustände
sind stabil in dem Sinn, dass der Schaltungsunterbrecher in Abwesenheit
von äußeren Kräften in
jedem derselben bleibt.
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Betätigungsvorrichtungen
(oder Aktuatoren) werden allgemein, z. B. bei Steuersystemen für Industrieanlagen,
verwendet, um Schaltoperationen (Öffnen und Schließen) des
Schaltungsunterbrechers unter Verwendung einer anderen Energie als manueller
Energie durchzuführen.
Normalerweise verwenden Betätigungsvorrichtungen
einen elektrischen Motor, um einen Betriebshebel des Schaltungsunterbrechers
ansprechend auf ein geeignetes äußeres Befehlssignal
von einer Öffnungsposition
zu einer Schließposition
und umgekehrt zu bewegen.
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Der
Schaltungsunterbrecher umfasst außerdem einen Sicherheitsmechanismus,
der es ermöglicht,
dass der Schaltungsunterbrecher in einer Situation, in der eine
Fehlfunktion (oder ein Fehler) der Schaltung vorliegt, in der der
Schal tungsunterbrecher angeordnet ist, automatisch geöffnet wird.
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Ein
derartiger Schaltungsunterbrecher ist z. B. aus dem Dokument US-A-3806686
bekannt.
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Ein
Nachteil der bekannten elektrischen Anordnungen besteht darin, dass
der elektrische Schaltungsunterbrecher, der nach einer Fehlfunktion
durch diesen Sicherheitsmechanismus geöffnet wird, versehentlich auf
eine manuelle Weise durch eine Bedienungsperson geschlossen werden
kann. Die bekannten elektrischen Anordnungen ermöglichen es tatsächlich nicht
zu unterscheiden, ob der Schaltungsunterbrecher freiwillig nach
einer normalen Schaltoperation (entweder manuell oder mittels der Betätigungsvorrichtung)
geöffnet
worden ist oder ob derselbe nicht freiwillig aufgrund einer Fehlfunktion geöffnet worden
ist. Das Schließen
des Schaltungsunterbrechers in dieser Situation führt zu einem
Betrieb der Schaltung unter inkorrekten Bedingungen mit einem hohen
Risiko einer Beschädigung
des Schaltungsunterbrechers und der angeschlossenen Vorrichtungen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile
zu beseitigen. Um diese Aufgabe zu lösen, wird eine elektrische
Anordnung, wie dieselbe in Anspruch 1 beschrieben ist, geschaffen.
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Die
elektrische Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
es, dass eine Bedienungsperson gewarnt wird, dass eine Fehlfunktionssituation
eingetreten ist. Auf diese Weise kann der Schaltungsunterbrecher
in dem Öffnungszustand verriegelt
werden, was die Gefahr von inkorrekten Operationen vermeidet; dies
verhindert auch, dass der Schaltungsunterbrecher aus Versehen durch
die Betätigungsvorrichtung
aufgrund eines unerwünschten
Befehlssignals geschlossen wird.
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Weitere
charakteristische Merkmale und Vorteile der elektrischen Anordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der im Folgenden gegebenen Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
derselben, das als ein nicht einschränkendes Beispiel gegeben wird,
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Es zeigen:
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1 eine
Ansicht mit getrennten Teilen der elektrischen Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2a bis 2c einen
Querschnitt durch die Betätigungsvorrich
tung gemäß 1 in
unterschiedlichen Betriebszuständen.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf 1 ist eine
elektrische Anordnung 100 veranschaulicht, die eine Betätigungsvorrichtung 103 für einen
Schaltungsunterbrecher 106 aufweist. Normalerweise wird die
Betätigungsvorrichtung 103 als
ein Servomotor in einem Steuersystem mit geschlossener Kette verwendet,
obwohl ihre Verwendung bei anderen Anwendungen nicht ausgeschlossen
ist – z.
B. für
eine einfache Fernbedienung des Schaltungsunterbrechers 106.
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Der
Schaltungsunterbrecher 106 weist einen isolierenden Körper 107 auf,
an dessen Seitenwänden
ein oder mehr Paare von Anschlüssen 109 zum Verbinden
des Schaltungsunterbrechers 106 mit entsprechenden Paaren
von elektrischen Drähten
einer äußeren Schaltung
(in der Figur nicht gezeigt) bereitgestellt sind. Ein Betriebselement 110,
das normalerweise aus einem Hebel besteht, ist drehbar um eine Achse 112 zwischen
einer Position 110' (in
durchgezogenen Linien gezeigt) und einer Position 110'' (in gestrichelten Linien gezeigt)
bewegbar, zum Öffnen bzw.
Schließen
des Schaltungsunterbrechers 106. Der isolierende Körper 107 weist
darin untergebracht einen Öffnungsmechanismus
(in der Figur nicht gezeigt) auf, der, wenn der Betriebshebel von
der Schließposition 110'' eine Zwischenfreigabeposition 110''' (in
gestrichelten Linien gezeigt) erreicht, eine Bewegung des Betriebshebels
zu der Öffnungsposition 110' auslöst; dieser
Mechanismus überträgt eine plötzliche
Beschleunigung auf den Betriebshebel 110, wobei derselbe
mit Kraft zu der Öffnungsposition 110' hin geschoben
wird, um die Bildung eines elektrischen Bogens zwischen den Kontakten
des Schaltungsunterbrechers, die sich gerade trennen, zu vermeiden.
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Ein
Schlitz 113, der einen Zugang zu einem Loch 114 ermöglicht,
ist an einer Vorderwand des isolierenden Körpers 107 gebildet.
Das Loch 114 ist (senkrecht zu der Vorderwand des isolierenden
Körpers 107)
in einem internen Element gebildet, das mit dem Betriebshebel 110 verbunden
ist. Wenn der Betriebshebel von der Öffnungsposition 110' zu der Schließposition 110'' verschoben wird, bewegt sich das
Loch 114 entsprechend von einer Öffnungsposition 114' (in durchgezogenen
Linien gezeigt) zu einer Schließposition 114'' (in gestrichelten Linien gezeigt); wenn
der Betriebshebel von der Schließposition 110'' zu der Öffnungsposition 110' verschoben
wird, bewegt sich das Loch 114 nicht, bis der Betriebshebel die
Freigabeposition 110''' erreicht, wonach sich dasselbe
entsprechend von der Schließposition 114'' zu der Öffnungsposition 114' bewegt.
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Ein
zusätzlicher
Schlitz 115 (mit einer leicht gekrümmten Form) ist an einer rückseitigen
Oberfläche
des isolierenden Körpers 107 bereitgestellt;
dieser Schlitz 115 ermöglicht
einen Zugang zu einer Rille 116 (koaxial mit dem Loch 114),
die eine Form aufweist, die in der Richtung des Schlitzes 115 leicht länglich ist.
Die Rille 116 ist (senkrecht zu der Rückwand des isolierenden Körpers 107)
in einem zusätzlichen
internen Element gebildet, das integriert mit dem Element bewegbar
ist, in dem das Loch 114 gebildet ist, um die Rille 116 zwischen
einer Öffnungsposition 116' (in durchgezogenen
Linien gezeigt) und einer Schließposition 116'' (in gestrichelten Linien gezeigt)
auf eine ähnliche
Weise wie die im Vorhergehenden beschriebene zu bewegen.
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Ein
geeignetes Betriebselement (in der Figur nicht gezeigt), das z.
B. aus einem Stift besteht, wird in das Loch 114 eingeführt. In
der Situation, bei der eine Fehlfunktion der Schaltung vorliegt,
in der der Schaltungsunterbrecher 106 angeordnet ist, wirkt eine
entfernte Schutzvorrichtung (in der Figur nicht gezeigt) auf diesen
Stift, um das Loch 114 von der Schließposition 114'' zu der Öffnungsposition 114' zu verschieben.
Diese Verschiebung bewirkt eine Bewegung des Betriebshebels 110 zu
der Freigabeposition 110''' hin, was ein Öffnen des Schaltungsunterbrechers 106 bewirkt.
Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch unter Verwendung von
anderen äquivalenten
Sicherheitselementen realisiert werden.
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Die
Betätigungsvorrichtung 103 weist
einen isolierenden Körper 117 auf,
der an einer ihrer lateralen Flanken bereitgestellt ist, mit einem
Anschlussstreifen 118 zum Verbinden der Betätigungsvorrichtung 103 mit
einem elektrischen Leistungsversorgungsnetz. Der Anschlussstreifen 118 wird
auch dazu verwendet, an die Betätigungsvorrichtung 103 geeignete
(Öffnungs-
und Schließ-)
Befehlssignale anzulegen, die durch eine entfernte Steuervorrichtung
(in der Figur nicht gezeigt) geliefert werden.
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Die
Betätigungsvorrichtung 103 ist
mit einer Stange 154 (oder einer anderen äquivalenten
Antriebseinrichtung) ausgestattet, die parallel zu der Drehachse 112 ist,
und an deren unterer Oberfläche ein
longitudinaler Kanal 157 gebildet ist, wobei in diesen
Kanal der Betriebshebel 110 des Schaltungsunterbrechers 106 eingeführt ist.
Der Betriebshebel 110 ist innerhalb des Kanals 157 in
der Richtung der Achse 112 gleitfähig, um eine Montage der elektrischen Einheit 100 zu
ermöglichen,
während
der Betriebshebel 110 und die Antriebsstange 154 sich
miteinander verriegelt in Drehbewegung um die Achse 112 bewegen.
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An
einer Vorderwand 158 des isolierenden Körpers 117 ist ein
Schlitz 159 gebildet, der dem Schlitz 115 zugewandt ist,
der an der Rückwand
des Schaltungsunterbrechers 106 gebildet ist. Ein Stift 160,
der in die Rille 116 eingeführt ist, steht aus dem Schlitz 159 senkrecht
bezüglich
des isolierenden Körpers 117 hervor;
der Stift 160 wird durch die Rille 116 (wie es
im Folgenden genauer beschrieben ist) verschoben, um den Sicherheitsmechanismus
des Schaltungsunterbrechers 106 mit der Betätigungsvorrichtung 103 zu
verbinden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch unter Verwendung
einer anderen äquivalenten
Verbindungseinrichtung realisiert werden.
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Der
Schaltungsunterbrecher 106 und die Betätigungsvorrichtung 103 sind
entlang jeder Seitenoberfläche
der elektrischen Anordnung 100 mittels eines L-förmigen Elements 166 (von
denen nur eines in der Figur gezeigt ist) miteinander verbunden.
Das L-förmige
Element 166 endet an dem kleineren Arm des „L" in einem Zughaken 169,
der in einem Hohlraum 172, der an der rückseitigen Oberfläche des Schaltungsunterbrechers 106 gebildet
ist, in Eingriff kommt. Das L-förmige Element 166 ist
in einem passenden Sitz 173 untergebracht, der in der Betätigungsvorrichtung 103 entlang
einer vorderen vertikalen Kante gebildet ist, und ist mittels einer
Schraube 181 befestigt, die in eine Metallplatte (in der
Figur nicht gezeigt) geschraubt wird.
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Unter
jetziger Bezugnahme auf 2a (die Elemente,
die bereits in 1 gezeigt wurden, werden durch
die gleichen Bezugszeichen identifiziert) erstreckt sich eine Stange 202,
die parallel zu der Wand 158 der Betätigungsvorrichtung 103 ist,
senkrecht von der Antriebsstange 154 der Betätigungsvorrichtung 103 (auf
eine an sich bekannte Weise mit einem elektrischen Motor verbunden,
in der Figur nicht gezeigt). Ein Flansch 204 steht nach
oben aus der Stange 202 hervor; ein gekrümmter kreisförmiger Vorsprung 205,
dessen Mitte sich auf der Drehachse 112 befindet, erstreckt
sich im Relief aus der Rückwand
der Stange 202 und des Flansches 204.
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Eine
im Wesentlichen dreieckförmige
Platte 206, die zu der Wand 158 parallel ist,
ist schwenkbar an dem Stift 160 befestigt, der aus dem
Schlitz 159 hervorsteht. Die Platte 206 weist
an jeder ihrer Ecken eine Zunge 207, 208, 210 auf,
die zu dem Inneren der Betätigungsvorrichtung 103 hin
gebogen ist. Ein L-förmiges
Element 212 ist an einem gemeinsamen Ende seiner Arme ebenfalls
schwenkbar an dem Stift 160 befestigt. Der größere Arm
und der kleinere Arm des L-förmigen
Elements 212 ruhen anstoßend gegen einen Steg 213 (an
der Wand 158 gebildet) bzw. gegen die Zunge 208 der
Platte 206; ein zusätzlicher Steg 215 ist
an der Wand 158 über
dem Steg 213 gebildet. Das freie Ende des kleineren Arms
des L-förmigen
Elements 212 ist mit einem Drehturmstück 214 (parallel zu
dem Stift 160) ausgestattet, das anstoßend gegen eine Stange 216 ruht,
die schwenkbar an einem ihrer freien Enden an dem Stift 160 befestigt ist;
das andere Ende der Stange 216 ist drehbar um ein Schwenkelement 218 bewegbar,
das parallel zu dem Stift 160 ist. Eine flache Feder 220 (oder
eine andere äquivalente
elastische Einrichtung) ist um das Schwenkelement 218 und
einen parallelen Stift 222 gewickelt; die Feder 220 ist
mit einem ihrer Enden gegen die Zunge 210 der Platte 206 und
mit ihrem anderen Ende an dem Drehturmstück 214 des L-förmigen Elements 212 wirksam,
um den Hebelmechanismus, der aus den Elementen 206, 212 und 216 besteht,
in der Position zu halten, die in der Figur gezeigt ist.
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Ein
Mikroschalter 224, der mit dem Anschlussstreifen (118 in 1)
mittels ein oder mehr geeigneten Drähten 226 elektrisch
verbunden ist, ist in der Nähe
des Hebelmechanismus 206, 212, 216 angeordnet.
Eine flache Feder 228 (oder eine andere äquivalente
elastische Einrichtung) ist dem Mikroschalter 224 zugeordnet
und ruht in dem Ruhezustand anstoßend mit einem ihrer freien
Enden gegen den Steg 213, so dass der Mikroschalter 224 offen ist.
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Um
den Betrieb des Hebelmechanismus 206, 212, 216 zu
erläutern,
sei angenommen, dass sich die Betätigungsvorrichtung 103 in
dem in der Figur gezeigten Zustand befindet, wobei sich die Antriebsstange 154 und
der Stift 160 in einer Position befinden, die durch 154'' bzw. 160'' angezeigt
ist, was der Schließposition
des Schaltungsunterbrechers entspricht. Falls die Betätigungsvorrichtung 103 ein Öffnungsbefehlssignal
empfängt,
beginnt das Antriebselement 154, sich in der Richtung im Uhrzeigersinn
um die Achse 112 zu drehen. Wie es im Vorhergehenden beschrieben
ist, bewegt sich der Stift 160 nicht, bis das Antriebselement 154 eine
Position erreicht, die der Freigabeposition des Betriebshebels (110''' in 1)
entspricht, so dass der Hebelmechanismus 206, 212, 216 in
der in der Figur gezeigten Position bleibt. Auf diese Weise kommt
der Vorsprung 205 in Kontakt mit der Zunge 207 der
Platte 206, was bewirkt, dass sich die Platte 206 in
einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn um den Stift 160 dreht.
Die Zunge 208 der Platte 206 überträgt diese Bewegung auch auf
das L-förmige
Element 212, so dass sich der kleinere Arm, der mit dem
Drehturmstück 214 ausgestattet
ist, gegen die Wirkung der Feder 220 von der Stange 216 weg
bewegt. Wenn das Antriebselement 154 eine Position erreicht,
die der Freigabeposition des Betriebshebels entspricht, beginnt
der Stift 160, sich nach rechts zu bewegen, was eine Drehbewegung
des Hebelmechanismus 206, 212, 216 in
einer Richtung im Uhrzeigersinn um das Schwenkelement 218 bewirkt.
In dieser Situation ist das freie Ende des größeren Arms des L-förmigen Elements 212 über dem
Steg 215 angeordnet, der als eine Führungseinrichtung wirksam ist,
was verhindert, dass dieses Ende in Kontakt mit der Feder 228 kommt.
Der Vorsprung 205 löst
sich dann von der Zunge 207 der Platte 206, und
das Antriebselement 154 und der Stift 160 vervollständigen ihre
Bewegung.
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Wie
es in 2b gezeigt ist (die Elemente, die
bereits in 2a gezeigt wurden, werden durch die
gleichen Bezugszeichen identifiziert), erreichen das Antriebselement 154 und
der Stift 160 eine Position, die durch 154' bzw. 160' angezeigt ist,
die der Öffnungsposition
des Schaltungsunterbrechers entspricht; es sei darauf hingewiesen,
dass der Stift 160 aufgrund der länglichen Form der Rille 116 nicht
das obere Ende des Schlitzes 159 erreicht. Falls die Betätigungsvorrichtung 103 in
dem Zustand, der in der Figur gezeigt ist, ein Schließbefehlssignal
empfängt, beginnt
das Antriebselement 154, sich in einer Richtung gegen den
Uhrzeigersinn um die Achse 112 zu drehen; der Stift 160 bewegt
sich entsprechend nach links, was eine Drehbewegung des Hebelmechanismus 206, 212, 216 in
einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn um das Schwenkelement 218 bewirkt. Wenn
der Vorsprung 205 in Kontakt mit der Zunge 207 kommt,
wird die Platte 206 veranlasst, sich in einer Richtung
im Uhrzeigersinn um den Stift 160 entgegen der Feder 220 zu
drehen. Die Zunge 207 löst sich
dann von dem Vorsprung 205, das freie Ende des größeren Arms
des L-förmigen
Elements wird von dem Steg 215 frei, und die Feder 220 bringt
den Hebelmechanismus 206, 212, 216 zurück zu der
Position, die in 2a veranschaulicht ist.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2a sei nun
der Fall betrachtet, bei dem in dem Zustand, der in der Figur gezeigt
ist, eine Fehlfunktionssituation der Schaltung, die den Schaltungsunterbrecher
enthält,
eintritt. In diesem Fall verschiebt, wie es im Vorhergehenden beschrieben
ist, der Sicherheitsmechanismus des Schaltungsunterbrechers den
Stift 160 nach rechts, um den Hebelmechanismus 206, 212, 216 in
einer Richtung im Uhrzeigersinn um das Schwenkelement 218 zu
drehen. Wenn deshalb das Antriebselement 154 ausgelöst wird,
um sich in die Öffnungsposition
zu bewegen, wobei sich dasselbe in der Richtung im Uhrzeigersinn
um die Achse 112 dreht, kommt der Vorsprung 205 nicht
in Kontakt mit der Zunge 207 der Platte 206. Das
freie Ende des größeren Arms
des L-förmigen
Elements 121 wird somit gegen die Feder 228 gedrückt, so
dass dasselbe den Kontakt des Mikroschalters 224 schließt, wie es
in 2c gezeigt ist. Ein Schließen des Mikroschalters 224 erzeugt
ein Fehlfunktionssignal, das (mittels der Drähte 226) an einen
entfernten Ort übertragen
wird. Dieses Signal aktiviert eine Warnvorrichtung, z. B. vom Leuchttyp,
um eine Bedienungsperson über
die Fehlfunktionssituation in der Schaltung zu informieren, in der
die elektrische Anordnung angeordnet ist; normalerweise verriegelt
die Bedienungsperson das Antriebselement 154 der Betätigungsvorrichtung 103 in
der Öffnungsposition 154', z. B. mittels
eines Schlosses (in der Figur nicht gezeigt), um zu verhindern,
dass der Schaltungsunterbrecher aus Versehen geschlossen wird. Die
vorliegende Erfindung kann jedoch auch unter Verwendung anderer
Systeme zur Übertragung
des Fehlfunktionssignals (z. B. unter Verwendung von Funkwellen)
realisiert werden, wobei eine Leuchtsignalisierungsvorrichtung direkt
in der Betätigungsvorrichtung
enthalten ist oder unter Verwendung einer anderen äquivalenten
Signalisierungseinrichtung. Wenn ein Fehler in der Schaltung, die
mit dem Schaltungsunterbrecher verbunden ist, lokalisiert und repariert worden
ist, wird das Antriebselement 154 freigegeben, und ein
Schließbefehlssignal
wird an die Betätigungsvorrichtung 103 gesendet
(oder das Antriebselement 154 wird manuell zu der Schließposition 154'' hin verschoben). In diesem Fall
kehrt die Betätigungsvorrichtung 103 auf
eine ähnliche
Weise wie die im Vorhergehenden beschriebene zu dem Zustand zurück, der
in 2a gezeigt ist.
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Der
im Vorhergehenden beschriebene Hebelmechanismus ist insbesondere
kompakt, zuverlässig
und effektiv. Außerdem
ist derselbe äußerst einfach
und kann kostengünstig
in Massenproduktion hergestellt werden, so dass derselbe nicht die
endgültigen
Kosten der gesamten Betätigungsvorrichtung
anhebt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mit einem angetriebenen
Bauglied hergestellt werden, das sich von dem im Vorhergehenden
beschriebenen Hebelmechanismus unterscheidet, mit anderen Nockensystemen
oder mit einer äquivalenten
Einrichtung zur Aktivierung des Mikroschalters.
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Es
ist offensichtlich, dass ein Fachmann zahlreiche Modifizierungen
und Variationen bei der im Vorhergehenden beschriebenen elektrischen
Anordnung vornehmen kann, um eventuelle und spezifische Anforderungen
zu erfüllen,
wobei dieselben jedoch alle in den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie
derselbe durch die folgenden Ansprüche definiert ist.