DE69930221T2

DE69930221T2 - Antriebvorrichtung für Leistungschutzschalter mit Drehkontaktanordnung

Info

Publication number: DE69930221T2
Application number: DE69930221T
Authority: DE
Inventors: Roger Neil Terryville Castonguay; Randall Lee Granby Greenberg; David S. Christensen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: PL194297B1; HUP9903467A2; HU9903467D0; EP1003192A2; HU223547B1; ID23847A; EP1003192B1; JP2000164106A; EP1003192A3; HUP9903467A3; TW434620B; ATE320079T1; US6087913A; DE69930221D1; PL336650A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus für einen Formgehäuse-Leitungsschutzschalter, der in der Lage ist, eine Drehkontaktstruktur zwischen ein-, aus- und ausgeklinkten Positionen umzuschalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formgehäuse-Leitungsschutzschalter mit einem Mechanismus zum Umschalten eine Drehkontaktstruktur zwischen ein-, aus- und ausgeklinkten Positionen.
Das U.S. Patent 5,281,776 ("776") beschreibt einen Formgehäuse-Leitungsschutzschalter mit einem Kniehebelmechanismus zum Umschalten eines Drehkontaktsystems. Dieser Mechanismus verwendet ein unteres Verbindungselement, das direkt mit einer Antriebswelle verbunden ist, welches sich durch das Kontaktsystem hindurch erstreckt und dieses dreht, wie es in 1 dargestellt ist. Eine an demselben Antriebsstift angebrachte Kurbel wird dazu verwendet einen weiteren Stift anzutreiben, welches sich ebenfalls durch das Kontaktsystem hindurch erstreckt. Da sich die Antriebswelle durch das Kontaktsystem hindurch erstreckt, ist eine optimale Positionierung dieser Welle nicht möglich, was geometrische Einschränkungen dahingehend bewirken kann, wie viel Kraft aus dem Schaltmechanismus auf den Rotor übertragen werden kann. Dieses schränkt oft die Leistung ein, die ein Leitungsschutzschalter, welcher den '776-Schaltmechanismus verwendet, erreichen kann. Siehe auch EP-A 0 555 158 für eine Beschreibung eines weiteren Leitungsschutzschaltermechanismus mit ähnlichen Merkmalen wie das '776-Patent.
Daher ist es erwünscht, den Schaltmechanismus zu optimieren, um einen erhöhten Kraftanteil auf ein Drehkontaktsystem zu übertragen.
Es wird auch in Verbindung mit dem verbesserten Schaltmechanismus als wünschenswert betrachtet, eine Schnittstelle zwischen dem Mechanismus und dem Kontaktsystem zu beschreiben, die eine Flexibilität in der Platzierung und Auslegung des Mechanismus ermöglicht.
Gemäß der Erfindung wird ein Mechanismus für einen mehrpoligen Leitungsschutzschalter geschaffen, welcher wenigstens einen Seitenrahmen; eine an dem Seitenrahmen befestigte Wippe, wobei die Wippe zwischen einer eingerasteten und ausgeklinkten Position bewegt werden kann; einen Kniehebelmechanismus, der von einem oberen Verbindungselement mit einem ersten und zweiten Ende und das drehbar bei dem ersten Ende an der Wippe angebracht ist, und von einem unteren Verbindungselement mit einem ersten und zweiten Ende, wobei das erste Ende an dem zweiten Ende des oberen Verbindungselementes über einen Federzapfen befestigt ist, gebildet wird; ein zur Drehung zu dem Seitenrahmen angebrachtes und ein erstes und zweites Ende aufweisendes Kurbelelement, wobei das erste Ende der Kurbel schwenkbar an dem Seitenrahmen über einen Drehzapfen verbunden ist, und die Kurbel an dem zweiten Ende des unteren Verbindungselementes mittels eines Stiftes angebracht ist; eine zur Drehung unmittelbar an der Kurbel montierte erste Drehkontaktanordnung, wobei die Kontaktanordnung einen zwischen geschlossener und offener Stellung beweglichen und gegenüberliegende erste und zweite Endflächen aufweisenden Rotor, einen Kontaktarm mit einem ersten und zweiten Ende, wobei der Kontaktarm zur Drehung an dem Rotor montiert ist, und wenigstens einen an dem Kontaktarm auf einem von den Enden montierten Kontakt enthält; einen zur Drehung zu dem Seitenrahmen angebrachten Betätigungshebel; eine zwischen dem Kniegelenksmechanismus-Federzapfen und dem Betätigungshebel angebrachte Feder aufweist, wobei das erste Kurbelende so angeordnet ist, dass eine Linie zwischen dem Mittelpunkt des Kurbeldrehzapfens und dem Mittelpunkt des Stiftes senkrecht zu einer Linie der durch das untere Verbindungselement übertragenen Kraft verläuft, wenn sich der Rotor in der GESCHLOSSENEN-Position befindet.
Die Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Mechanismus in der GESCHLOSSENEN-Position ist.
2 eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Leitungsschutzschalter gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
3 eine vordere Draufsicht auf die Elemente der vorliegenden Erfindung gemäß Darstellung in 2 in der GESCHLOSSENEN-Position ist.
4 eine vordere Draufsicht auf die Elemente der vorliegenden Erfindung gemäß Darstellung in 2 in der OFFENEN-Position ist.
5 eine vordere Draufsicht auf die Elemente der vorliegenden Erfindung gemäß Darstellung in 2 in der AUSGEKLINKTEN-Position ist.
Gemäß 2 besteht der Leitungsschutzschalter 10 gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer Basis 22 und einer Abdeckung 24. Innerhalb der Basis 22 und der Abdeckung 24 sind drei Pole 14C, 14L, 14R eingeschlossen, welche jeweils einer entsprechenden Phase in einem elektrischen Schaltkreis entsprechen. Jeder Pol 14C, 14L, 14R enthält eine Drehkontaktanordnung 16C, 16L, bzw. 16R, welche in der Lage ist, elektrischen Strom zu führen und zu unterbrechen. Eine Antriebwelle 18 verbindet die drei Pole 14C, 14L und 14R.
Zusätzlich wird der Mittenpol 14C von einer Mechanismusanordnung 12 überspannt. Der Mechanismus 12 ist mit den Polen 14C, 14L, 14R über die Antriebswelle 18 verbunden. Die Pole 14C, 14L, 14R sind so betreibbar, dass sie sich zwischen drei Positionen, offen, geschlossen oder ausgeklinkt als Reaktion auf den Betrieb des Mechanismus 12 bewegen.
Wie es in 3 zu sehen ist, besteht jeder Pol 14 aus einem Rotor 60, der einen Kontaktarm 26 aufnimmt, und ein Paar beweglicher Kontakte ist mit 28, 28' bezeichnet. Die beweglichen Kontakte 28, 28' sind mit dem Paar der feststehenden Kontakte 30, 30' vereint, wenn sich der Mechanismus in der dargestellten GESCHLOSSENEN Position befindet. Die feststehenden Kontakte 30, 30' sind mit einer Lastklemme 32, bzw. Netzklemme 33 hartverlötet oder verschweißt. Die Kurbel 62 verbindet den Mechanismus 12 mit der Rotoranordnung 16C. Die Kurbel 62 schwenkt um den Stift 61, welcher auf den Seitenrahmen 13 angeordnet ist. Es dürfte erkennbar sein, dass die Rotoranordnungen 16R, 16L identisch zu der Rotoranordnung 16C sein können. Die Betätigung der Rotoranordnung 16C läuft im Wesentlichen gleich wie die ab, welche in der gleichzeitig anhängigen U.S. Patentanmeldung SN 09/087,038, eingereicht am 29. Mai 1998 beschrieben ist, welche hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist.
Der Mechanismus 12 besteht aus einer unteren Verbindung 38, welche mit der Kurbel 62 über einen Verbinderstift 39 verbunden ist. Das der Kurbel gegenüber liegende Ende des unteren Verbindungselementes 38 ist mit einem oberen Verbindungselement 40 über einen Federzapfen 48 verbunden. Das obere Verbindungselement 40 ist wiederum mit einer Wippe 42 über einen Stift 56 verbunden, an welchem ein (nicht dargestellter) Verriegelungsmechanismus angebracht ist. Die Mechanismusfeder 50 ist zwischen den Federzapfen 48 und einen Stift 52 im Betätigungshebel 46 gespannt. Der Mechanismus 12 wird an einer weiteren Drehung gegen den Uhrzeigersinn gehindert, wenn der an dem oberen Verbindungselement 40 angebrachte Stift 58 mit der Wippe 42 in Kontakt kommt.
Die Größe des Drehmoments, das durch den Mechanismus 12 erzeugt werden kann, ist durch die Größe der Kraft F bestimmt, die von der Mechanismusfeder 50 über das untere Verbindungselement 38 und den Momentenarm übertragen wird. Der Momentenarm ist in 3 als der senkrechte Abstand d dargestellt. Der senkrechte Abstand d ist die Länge einer senkrechten Linie von dem Kurbeldrehpunkt 61 zu der Wirkungslinie der Kraft F. Da das Drehmoment das Produkt der Kraft F mal dem Abstand d ist, dürfte es offensichtlich sein, dass für einen gegebenen Mechanismus um so mehr Drehmoment erzeugt wird, je größer der Abstand d ist. Dieser Abstand d und somit das Drehmoment werden maximiert, wenn der Abstand d mit dem Verbindungsstift 39 zusammenfällt. In der vorliegenden Verbindung verbindet der Stift 39 nur das untere Verbindungselement 38 mit der Kurbel 62. Es sollte angemerkt werden, dass in herkömmlichen Mechanismen der Stift 39 auch der Antriebsstift war, der sich durch alle Rotoren hindurch erstreckte und alle Rotoren verband.
Die Komponenten der Rotoranordnung 16C lassen oft nicht die Platzierung des Stiftes in dieser optimalen Position zu. Beispielsweise müsste er, wie es in 3 zu sehen ist, wenn der Stift 39 als die Antriebswelle zum Verbinden aller Rotoranordnungen verwendet würde, direkt durch den Kontaktarm 26 führen. Somit muss, wenn eine optimierte Mechanismusanordnung gewünscht ist, das untere Verbindungselement 38 von der Antriebswelle und der Rotoranordnung 16C entkoppelt werden. Die vorliegende Erfindung erreicht dieses, indem das untere Verbindungselement 38 an einer Kurbel 62 angebracht wird, welche wiederum die Kraft auf die Antriebswelle 18 überträgt. Die Antriebswelle 18 kann irgendwo auf dem Rotor angeordnet werden, ohne die Drehmomentmenge zu beeinflussen, die der Mechanismus erzeugen kann. Durch die Verwendung der Kurbel 62 kann entweder die Rotoranordnung 16C oder die Mechanismusanordnung 12 optimiert werden, ohne das Verhalten der Anderen zu beeinträchtigen, und somit die maximale Flexibilität in der Auslegung des Leitungsschutzschalters ermöglicht werden, während gleichzeitig optimierte Unteranordnungen erhalten bleiben.
Gemäß 4 wird im normalen Schaltbetrieb das Betätigungselement 46 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, um den Leitungsschutzschalter 10 vom EIN- in den AUS-Zustand zu schalten. Sobald das Betätigungselement 46 gedreht wird, verschiebt sich die Wirkungslinie der Feder 50 von der rechten Seite auf die linke Seite des Schwenkpunktes 56. Diese Bewegung "geht über den Mittelpunkt" des Mechanismus 12 hinaus und die in der Feder gespeicherte Kraft bewirkt, dass der Mechanismus 12 die Rotoranordnungen 16C, 16R, 16L öffnet. Diese Öffnungsbewegung trennt die beweglichen Kontakte 28, 28' von den feststehenden Kontakten 30, 30', um dadurch jeden Stromfluss durch den Leitungsschutzschalter 10 zu unterbrechen.
Wenn eine anormale Bedingung durch eine (nicht dargestellte) Leitungsschutzschalter-Auslöseeinheit detektiert wird, wird der (nicht dargestellte) Auslösemechanismus gelöst, was eine Drehung der Wippe (42) in einer Uhrzeigersinnrichtung ermöglicht. Die Verriegelungs- und Auslöseeinheit sind ähnlich dem U.S. Patent 4,789,848, welches hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist. Die sich ergebende Bewegung der Wippe 42 bewirkt, dass sich die Rotoranordnung 16C über das obere Verbindungselement 40 und das untere Verbindungselement 38 dreht, was die beweglichen Kontakte 28, 28' von den feststehenden Kontakten 30, 30' trennt. Die Trennung der Kontakte beendet den Stromfluss durch den Leitungsschutzschalter 10.

Claims

Mechanismus für einen mehrpoligen Leitungsschutzschalter, aufweisend: wenigstens einen Seitenrahmen; eine an dem Seitenrahmen befestigte Wippe (42), wobei die Wippe zwischen einer eingerasteten und ausgeklinkten Position bewegt werden kann; einen Kniehebelmechanismus, der von einem oberen Verbindungselement (40) mit einem ersten und zweiten Ende und das drehbar bei dem ersten Ende an der Wippe angebracht ist, und von einem unteren Verbindungselement (38) mit einem ersten und zweiten Ende, wobei das erste Ende an dem zweiten Ende des oberen Verbindungselementes über einen Federzapfen (48) befestigt ist, gebildet wird; ein zur Drehung zu dem Seitenrahmen angebrachtes und ein erstes und zweites Ende aufweisendes Kurbelelement (62), wobei das erste Ende der Kurbel schwenkbar an dem Seitenrahmen über einen Drehzapfen verbunden ist, und die Kurbel an dem zweiten Ende des unteren Verbindungselementes mittels eines Stiftes angebracht ist; eine zur Drehung unmittelbar an der Kurbel montierte erste Drehkontaktanordnung (16C), wobei die Kontaktanordnung einen zwischen geschlossener und offener Stellung beweglichen und gegenüberliegende erste und zweite Endflächen aufweisenden Rotor, einen Kontaktarm mit einem ersten und zweiten Ende, wobei der Kontaktarm zur Drehung an dem Rotor montiert ist, und wenigstens einen an dem Kontaktarm auf einem von den Enden montierten Kontakt (28, 28') enthält; einen zur Drehung zu dem Seitenrahmen angebrachten Betätigungshebel; eine zwischen dem Kniegelenksmechanismus-Federzapfen und dem Betätigungshebel angebrachte Feder, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kurbelende so angeordnet ist, dass eine Linie zwischen dem Mittelpunkt des Kurbeldrehzapfens und dem Mittelpunkt des Stiftes senkrecht zu einer Linie der durch das untere Verbindungselement übertragenen Kraft verläuft, wenn sich der Rotor in der geschlossenen Position befindet.
Mechanismus nach Anspruch 1, wobei die Drehkontaktanordnung (16C) eine erste Öffnung aufweist, die sich durch die ersten und zweiten Seitenflächen des Rotors hindurch erstreckt.
Mechanismus nach Anspruch 2, welcher ferner eine sich durch die Rotorkontaktanordnungsöffnung hindurch erstreckende und mit dem zweiten Ende der Kurbel verbundene Antriebswelle aufweist.
Mechanismus nach Anspruch 3, wobei der wenigstens eine Seitenrahmen aus einem ersten und zweiten parallelen Seitenrahmen besteht, wobei die Seitenrahmen auf jeder Seite der Rotoranordnung angeordnet sind, und die Kurbel an dem ersten Seitenrahmen angebracht ist.
Mechanismus nach Anspruch 4, ferner aufweisend: eine zweite Kurbel, die mit dem zweiten Seitenrahmen verbunden ist; ein zweites oberes Verbindungselement, das an der Wippe angebracht ist; ein zweites unteres Verbindungselement, mit einem ersten und zweiten Ende, wobei das erste Ende an dem zweiten oberen Verbindungselement angebracht ist, und das zweite Ende des unteren Verbindungsgelenkes an der zweiten Kurbel angebracht ist.
Mechanismus nach Anspruch 5, wobei die zweite Kurbel aus einem ersten und zweiten Ende besteht, wovon das erste Ende an dem zweiten unteren Verbindungselement angebracht ist, und das zweite Ende der Kurbel mit der Antriebswelle verbunden ist.
Mehrpoliger Leitungsschalter, aufweisend: den Mechanismus gemäß Anspruch 1 und eine Basis, wobei der wenigstens eine Seitenrahmen an der Basis montiert ist und die erste Drehkontaktanordnung (16C) zur Drehung in der Basis montiert ist.
Mehrpoliger Leitungsschalter nach Anspruch 7, wobei die Rotoranordnung eine erste Öffnung aufweist, die sich durch die ersten und zweiten Seitenflächen des Rotors hindurch erstreckt.
Mehrpoliger Leitungsschalter nach Anspruch 8, welcher ferner eine sich durch die Rotorkontaktanordnungs öffnung hindurch erstreckende und mit dem zweiten Ende der Kurbel verbundene Antriebswelle aufweist.
Mehrpoliger Leitungsschalter nach Anspruch 9, ferner aufweisend: eine zweite Drehkontaktanordnung (16R, 16L) angrenzend an und im Abstand zu der ersten Kontaktanordnung in der Basis angeordnet, wobei die zweite Drehkontaktanordnung eine sich dadurch hindurch erstreckende erste Öffnung aufweist; die zweite Kontaktanordnung, die so angeordnet ist, dass sich die Antriebswelle durch die erste Öffnung der zweiten Kontaktanordnung hindurch erstreckt.
Mehrpoliger Leitungsschalter nach Anspruch 10, ferner aufweisend: eine dritte Drehkontaktanordnung (16R, 16L) angrenzend an und im Abstand zu der ersten Kontaktanordnung gegenüber der zweiten Kontaktanordnung in der Basis angeordnet, wobei die dritte Drehkontaktanordnung eine sich dadurch hindurch erstreckende erste Öffnung aufweist; wobei die dritte Kontaktanordnung so angeordnet ist, dass sich die Antriebswelle durch die erste Öffnung der dritten Kontaktanordnung hindurch erstreckt.
Mehrpoliger Leitungsschalter nach Anspruch 11, wobei die erste Drehkontaktanordnung (16C) ferner einen Rotor mit einer ersten und zweiten gegenüberliegenden Seitenfläche aufweist, wobei sich die erste Öffnung der ersten Ro torkontaktanordnung durch die ersten und zweiten Seitenflächen der ersten Kontaktanordnung hindurch erstreckt.
Mehrpoliger Leitungsschalter nach Anspruch 10, wobei die zweite Kontaktanordnung (16R, 16L) ferner einen Rotor mit einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenfläche aufweist, wobei sich die erste Öffnung der zweiten Kontaktanordnung durch die ersten und zweiten Seitenflächen der zweiten Kontaktanordnung hindurch erstreckt.
Mehrpoliger Leitungsschalter nach Anspruch 12, wobei die dritte Kontaktanordnung (16R, 16L) ferner einen Rotor mit einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenflächen aufweist, wobei sich die erste Öffnung der dritten Kontaktanordnungsöffnung durch die ersten und zweiten Seitenflächen der dritten Kontaktanordnung hindurch erstreckt.