EP0468272B1

EP0468272B1 - Elektrisches Schaltgerät

Info

Publication number: EP0468272B1
Application number: EP91111390A
Authority: EP
Inventors: Gerd Dipl.-Ing. Schwarz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: AEG Niederspannungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-07-09
Also published as: DE4023740C2; EP0468272A2; DE4023740A1; DE59107235D1; EP0468272A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalterantrieb, insbesondere einen Leistungsschalterantrieb, mit einer lösbaren, mehrere Glieder umfassenden Verklinkungseinrichtung fiir das Öffnen oder Schließen des elektrischen Kontaktsystems, wobei mindestens ein Glied kurzzeitig in einer vorgegebenen Position arretierbar oder aus dieser lösbar ist, vgl. DE-A 22 36 584.
Bei elektrischen Schaltgeräten einschließlich Schützen sind die vorgenannten Glieder wichtig, um Öffnungs- oder Schließvorgänge durchzuführen und definierte Ein oder Aus-Betriebszustände zu erreichen. So weisen solche Geräte beispielsweise ein mechanisches Arretierglied für das Schaltschloß auf, zum Beispiel in Form einer Halbwelle. Weiterhin sind zur Abbremsung der beim Ausschaltvorgang bewegten Glieder bzw. deren Massen Dämpfungsglieder notwendig sowie geeignete Sperren, um das Rückprellen und damit das unerwünschte kurzzeitige erneute Schließen zu verhindern. Schließlich sind Arretierglieder notwendiger Bestandteil für Hilfsauslöseeinrichtungen wie beispielsweise Unterspannungsauslöser. Schließlich geht es bei Schützen um eine Arretierung des Betriebszustandes, was bisher durch eine Leistungsspule geschieht, die während der gesamten Betriebsdauer eine relativ hohe Leistung aufnimmt, wobei gegebenenfalls zwei Schütze gegenseitig mechanisch verklinkt sein können, um deren gleichzeitigen Betrieb auszuschließen.
In allen vorgenannten Fällen sind also geeignete Arretier- oder Dämpfungsglieder erforderlich, die bisher in folgenden Punkten unbefriedigend waren: Der Hauptnachteil ist der zeitlich zu langsame Bewegungsablauf der mechanischen Teile. Die sich in engen Grenzen bewegende Lageabhängigkeit der in Wirkverbindung stehenden Glieder beeinträchtigt die Zuverlässigkeit nachhaltig. Auch sind diese Glieder nicht elektronisch ansteuerbar, weil die bisherige mechanische Lösung einen weit höheren Leistungsbedarf für die Auslösung erfordert, als die Steuerelektronik liefern kann. Schließlich erfordert die bisherige Mechanik die Herstellung teurer und sehr präzise dimensionierter Glieder.
Ein Beispiel liefert der Gegenstand der eingangs genannten deutschen Auslegeschrift 2236 584 betreffend eine Rückprellsperre für ein Schaltgerät, deren Auslöser ab einer Kurzschlußstromhöhe von etwa 30 kA bis 50 kA ansprechen. Moderne Schalter haben heute aber Schaltvermögen bis über 100 kA, was bedeutet, daß dieser Bereich infolge der Prellgegebenheiten nur schwer zu beherrschen ist. Bei höheren Kurzschlußströmen besteht insbesondere das Problem, daß die Sperrfunktion nicht mehr mit Sicherheit gewährleistet ist, d. h. es besteht die Gefahr, daß der Schalter wieder schließt. Bisher ist keine Möglichkeit bekannt, die Prellverhältnisse auf die tatsächlich auftretende jeweilige Kurzschlußstromstärke abzustimmen. Der beispielhaft angegebene Bereich von 3o bis 100 kA ist zu breit, um mit herkömmlichen Mitteln optimal abgedeckt werden zu können.
Weiterhin ist durch die GB-A-2 111 171 ein regelbarer stoßdämpfer mit in einem Behälter befindlichen elektroviskosen Flüssigkeit bekannt. Diesem Stand der Technik sind aber keine Hinweise auf elektrische Schaltgeräte gegeben. Auch fehlt der Hinweis, daß durch die Verwendung des elektroviskosen Dämpfungsgliedes für die Dämpfung und fiir die Verriegelung des Schalterantriebes nur noch ein Bauteil verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalterantrieb, insbesondere einen Leistungsschalterantrieb mit Dämpfungs- und Verriegelungselementen zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben, aus denen sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Figur 1: das Schema eines Schaltschlosses mit elektronischer Verklinkung;
Figur 2: eine Rückprellsperre für ein Schaltgerät.

Die Figuren 1 und 2 zeigen übereinstimmend ein Kontaktsystem mit der Kontaktmechanik eines Leistungsschalters höherer Nennstromstärke. Im einzelnen ist der feststehende Hauptkontakt bzw. das Hauptschaltstück mit 10 bezeichnet, das bewegliche Hauptschaltstück mit 11. Dieses ist seinerseits im Schalthebel 12 schwenkbeweglich gelagert und wird von der Kontaktdruckfeder 13 in Stellung EIN mit Druck beaufschlagt. Die Schaltwelle 14 ist ortsfest im nicht dargestellten Gehäuse drehbar gelagert und weist eine übliche Schelle 15 auf, die auf der Schaltwelle 14 festsitzt und mit einer Koppelstange 16 verbunden ist, die ihrerseits den Schalthebel 12 bewegt.
Weiterhin weist die Schaltwelle 14 einen festsitzenden Mitnahmehebel 18 auf (zuweilen Kurbel genannt), der mit der Schloßmechanik verbunden ist. Zur Schloßmechanik gehören insbesondere das aus den gleichen Teilen 19a und 19b bestehende Kniegelenk, der Rollenhebel 20 mit drehbeweglich angebrachter Rolle 20a sowie der Klinkenhebel 21, der sich im Falle der Figur 2 auf der Halbwelle 22 abstützt.
Beide Figuren zeigen das Kontaktsystem und die zugehörige Schloßmechanik in der Stellung EIN, wobei sich die Anlenkstange 24 samt zugehörigem Umlenkhebel 25, welcher drehbeweglich auf der Umlenkwelle 26 gelagert ist und auf dem Anschlag 28 aufliegt, in einer definierten Position befinden. In der Stellung AUS liegt der Mitnahmehebel 18 am Anschlagpuffer 27.
Darüberhinaus zeigt die Figur 2 einen Stromsensor 30 und einen mit diesem elektrisch verbundenen Auslöser 31, welcher die Höhe der Feldstärke und somit das Maß der Viskosität der Flüssigkeit steuert.
Die für die Erfindung wesentlichen Teile betreffen nun das Glied 1, das direkt oder indirekt an geeigneter Stelle der Kontaktmechanik angreift, insbesondere am Klinkenhebel 21 (wie in Figur 1 gezeigt) oder an der Schaltwelle 14 (wie in Figur 2 gezeigt). Das Glied 1 umfaßt einen Kolben 1a mit Überströmöffnungen, der sich in einen geschlossenen Behälter 2 erstreckt, der seinerseits mit einer elektroviskosen Flüssigkeit 3 gefüllt ist. Die Elektroden können beispielsweise in axialer Richtung aufgeteilt sein als obere und untere Elektrode 4a und 4b im Falle Figur 1. Ebenso ist eine halbschalige Aufteilung leicht zu verwirklichen, wie in Figur 2 angedeutet.
Im folgenden wird die Funktion näher erläutert, zunächst im Falle eines Schaltschlosses mit elektronischer Verklinkung gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt die verklinkte Stellung EIN. Wenn nun eine Auslösung zum Zwecke der Öffnung des Kontaktsystems erfolgen soll, sei es durch Schutzauslöser, sei es durch gezielte betriebliche Steuersignale, wird die Spannung an den Elektroden 4a,4b abgeschaltet. Dies bedeutet, daß der in Stellung EIN durch die erstarrte elektroviskose Flüssigkeit 3 arretierte Hubzylinder 1a freigegeben wird und unter der Wirkung der Kontaktkräfte (einschließlich Feder 13) sich nach unten wegbewegt bzw. im Falle der Darstellung tiefer in den Behälter eintaucht. Damit gibt der Klinkenhebel 21 die Rolle 20a frei und der Rollenhebel 20 verschiebt sich im Gegenuhrzeigersinn derart, daß das Kniegelenk 19a,19b über den gestreckten Totpunkt in die instabile Lage gebracht wird. Damit dreht sich der Mitnahmehebel 18 samt Schaltwelle 14 unter dem Druck des Kontaktsystems im Gegenuhrzeigersinn und öffnet über die Koppelstange 16 und den Schalthebel 12 das bewegliche Hauptschaltstück 11.
Die geschilderte Bewegung endet, indem der Mitnahmehebel 18 an den elastischen Anschlagpuffer 27 zur Anlage kommt entsprechend der Stellung AUS.
Der Hauptvorteil des Ersatzes üblicher Verklinkungsglieder, insbesondere der in Figur 2 gezeigten Halbwelle, durch die erfindungsgemäße Anordnung gemäß Figur 1 besteht darin, daß diese neue Verklinkungseinrichtung elektronisch ansteuerbar ist. Die damit im Zusammenhang stehenden Vorteile wurden bereits oben genannt.
Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Rückprellsperre in Verbindung mit Figur 2 näher erläutert.
Hier ist der Fall interessant, daß die Auslösung bei höheren, prellkritischen Strömen erfolgt. Dies bedeutet, daß entsprechend höhere elektrodynamische Kräfte im System auftreten und sich beschleunigend auf die Ausschaltbewegung einschließlich Drehung der Schaltwelle etc. auswirken. Dabei erfolgt der Anschlag des Mitnahmehebels 18 am Anschlagpuffer 27 relativ heftig und kann die unerwünschte Folge haben, daß Rückstoßkräfte von solcher Größenordnung auftreten, daß sich die Bewegung der Schaltwelle 14 und der Koppelstange 16 umkehren, womit der Schalthebel 12 nach links im Bild zurückschwenkt in die Nachbarschaft des Hauptschaltstückes 10. Da sich in dessen Bereich noch ionisierte Gase befinden, besteht die erhebliche Gefahr einer Rückzündung.
Um diesen unerwünschten Rückprellvorgang zu verhindern, dient die erfindungsgemäße Rückprellsperre. Erreicht der abzuschaltende Strom, insbesondere ein Kurzschlußstrom, die Größenordnung, die prellkritisch ist, so erfaßt der Sensor 30 automatisch diese Größenordnung und beaufschlagt über den Auslöser 31 die Elektroden 4a,4b derart, daß die Zähigkeit der Flüssigkeit 3 sich in dem Maße erhöht, daß die Bewegung des Gliedes 1 bzw. des Hubzylinders 1a in der Flüssigkeit 3 entsprechend stark gedämpft wird, gegebenenfalls bis zur vollständigen Blockierung im Bereich der der Stellung AUS entsprechenden Endposition des Zylinders 1a. Damit ist die gefürchtete Rückprellung zuverlässig unterbunden.
Gegenüber bekannten mechanischen Rückprellsperren bestehen folgende großen Vorteile: steuerbare Viskosität und damit Dämpfung, die bis zur Arretierung direkt elektronisch ansteuerbar ist; Eignung für die kostengünstige Erweiterung schon vorhandener Elektronik-Schutzbausteine.
Die Ausbildung des Behälters 2 und des darin eintauchenden Hubkolbens 1a kann in unterschiedlicher Art erfolgen, insbesondere der Anordnung der Elektroden. Die Aufteilung der Elektroden kann, wie bereits genannt, beispielsweise in radialer oder axialer Hinsicht erfolgen. Die Überströmöffnungen des Kolbens 1a können in herkömmlicher Weise ausgebildet sein. Dies gilt für die Gestaltung allgemein, die Abdichtung gegenüber dem Glied 1 und die Isolierung der Elektroden voneinander und nach außen. Bei einer besonderen Ausführungsform kann endseitig im Behälter 3 eine Membran vorgesehen sein, welche ein Druckluftpolster 5 gegen die elektroviskose Flüssigkeit abgrenzt. Dieses Druckluftpolster 5 soll im Falle der völligen Erstarrung der Flüssigkeit 3 die mechanischen Stoßimpulse dämpfen und damit den Verschleiß der betroffenen Teile vermindern.
Bei einer bevorzugten Bauform können die beiden Elektroden 4a und 4b beidseitig von den ÜBerströmöffnungen im Kolben 1a derart angeordnet werden, daß bereits beim Anlegen einer geringen Feldstärke die Viskositätsänderung nur im Bereich der überströmöffnungen erfolgt und somit die Dämpfung des Kolbens sehr präzise wirksam wird.

Elektrisches Schaltgerät

Bezugszeichenliste

1: Glied
1a: Kolben
2: Behälter
3: Flüssigkeit
4a, 4b: zusammenwirkende Elektroden
5: Luftpolster

10: feststehendes Hauptschaltstück (Hauptkontakt)
11: bewegliches Hauptschaltstück
12: Schalthebel, in dem Teil 11 gelagert ist
13: Kontaktdruckfeder
14: Schaltwelle, ortsfest im Gehäuse drehbar gelagert
15: Schelle, sitzt fest auf Schaltwelle 14
16: Koppelstange, beaufschlagt Schalthebel 12

18: Mitnahmehebel (meist Kurbel genannt), sitzt fest auf Schaltwelle 14
19a,19b: Kniegelenk
20: Rollenhebel
20a: drehbeweglich am Rollenhebel 20 angebrachte Rolle
21: Klinkenhebel
22: Halbwelle

24: Anlenkstange
25: Umlenkhebel
26: Umlenkwelle
27: Anschlagpuffer für Teil 18 in Stellung AUS
28: Anschlag für Teil 25 in Stellung EIN

30: Stromsensor
31: Auslöser

Claims

Schalterantrieb, insbesondere ein Leistungsschalterantrieb, mit einer lösbaren, mehrere Glieder umfassenden Verklinkungseinrichtung fiir das Öffnen oder Schließen des elektrischen Kontaktsystems (10, 11), wobei mindestens ein Glied (1) kurzzeitig in einer vorgegebenen Position arretierbar oder aus dieser lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Glied (1) direkt oder vermittels eines angelenkten Zusatzgliedes als Dämpfungs- und Sperrglied in einen geschlossenen Behälter (2) erstreckt, der mit einer elektroviskosen Flüssigkeit (3) gefüllt ist und elektronisch ansteuerbare Elektroden (4a, 4b) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, durch das die Viskosität der Flüssigkeit (3) veränder- bzw. steuerbar ist, aufweist.
Schalterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4a, 4b) durch elektronische Auslöser (31) ansteuerbar sind, deren Sensoren (30) die Stromhöhe erfassen und im prellkritischen Bereich die Erhöhung der Feldstärke bewerkstelligen.
Schalterantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eintauchende Glied (1) kolbenförmig ausgebildet ist und daß der Kolben (1a) Durchbrüche zum Durchtritt der elektroviskosen Flüssigkeit aufweist.
Schalterantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) aus zwei voneinander isolierten Halbschalen besteht, die als Elektroden (4a, 4b) ausgebildet sind.
Schalterantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4a, 4b) im Bereich der Kolbendurchbrüche (Überstromöffnungen) angeordnet sind.