EP0612086A1 - Drive for an electrical power circuit breaker - Google Patents
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- EP0612086A1 EP0612086A1 EP94250026A EP94250026A EP0612086A1 EP 0612086 A1 EP0612086 A1 EP 0612086A1 EP 94250026 A EP94250026 A EP 94250026A EP 94250026 A EP94250026 A EP 94250026A EP 0612086 A1 EP0612086 A1 EP 0612086A1
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- transmission element
- cam
- cam disc
- movement
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
- H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
- H01H3/42—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using cam or eccentric
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
- H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
- H01H3/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
Definitions
- the invention relates to a drive for an electrical circuit breaker having a drivable cam disk which is rotatably mounted about a fixed axis and which, when moving in the interval between a first position and a second position, drives a transmission element which is movable perpendicularly to the axis and which forms parts of the circuit breaker drives and is connected to a braking element retarding its movement.
- Such a drive for a circuit breaker is known for example from DE-PS 25 17 134.
- an axis on which a cam disc is fixed is driven by an engagement spring.
- a second shaft is driven by the cam disc via a pin, the rotary movement of which is transmitted to a circuit breaker interrupter unit via two cranks.
- a switch-off spring acts on the second shaft, which counteracts the movement of the cam disc during the switch-on process, thereby delaying the movement of the cam disc and tensioning it itself.
- the energy of the closing spring and thus the energy transmitted from the cam plate must be excess to compensate for temperature fluctuations and mechanical tolerances.
- the excess of the energy acting on the interrupter unit must then be absorbed either in the parts transmitting the driving force or in an additional shock absorber. It usually can no unlimited overstroke of the drive parts when switched on.
- the invention is therefore based on the object of designing a drive of the type mentioned in such a way that the overstroke and the excess of dynamic energy of the parts driven by the cam disc are kept as low as possible without excess dynamic energy having to be absorbed by parts of the drive .
- the cam is shaped such that the differential quotient from the distance traveled by the transmission element and the angle of rotation of the cam, viewed as a function of the angle of rotation of the cam, an absolute maximum in the range between the first position and the Has middle of the interval and represents a monotonically falling function in the area between the position of the absolute maximum and the second position.
- the first and the second position of the cam disc limit the interval in which movement of the cam disc results in movement of the transmission element.
- the differential quotient mentioned corresponds to the derivation of the path of the transmission element according to the cam disk rotation angle.
- the aim of the invention is to design the cam disc in such a way that the transmission element bears against the cam disc during the entire process of transferring energy through the cam disc to the transmission element.
- the transmission element Due to the "slope" of the cam, the transmission element is accelerated when the cam moves in the first part of the movement. In a second part of the movement, force is still transmitted from the cam to the transmission element, but this does not serve to further accelerate the transmission element, but rather is used for the mechanical work that the transmission element passes on to the other parts of the drive. At the end of the drive process, the transmission element is gradually braked to a standstill.
- the transmission element remains in constant contact with the cam plate, so that the overstroke can be completely controlled by the design of the cam plate, then the condition must be met that the transmission element by him driven parts of the circuit breaker and the braking element is retardable to the extent required by the movement impressed by the cam on the transmission element. If the "slope" of the cam disc becomes smaller in this phase of the drive process, the speed of the transmission element would remain constant in the event that no braking forces act and the transmission element would separate from the cam disc. A detachment of the transmission element from the cam also takes place if the braking forces on the transmission element are not sufficiently large to brake this sufficiently according to the course of the cam.
- cam disc being designed in such a way that the braking of the transmission element is initiated as early as possible in order to keep the braking acceleration which must be applied by the braking element as low as possible. Nevertheless, the transmission element must cover the largest possible distance in the shortest possible time in order to complete the switching operation of the circuit breaker as quickly as possible.
- the transmission element reaches its highest speed as quickly as possible, so that it can then be braked to a standstill over an area that is as long in time and location as possible.
- no particularly strongly decelerating braking element is necessary in order to ensure constant contact between the transmission element and the cam disc. This enables precise control of the movement of the transmission element by designing the cam plate accordingly. An unnecessary overstroke can thus be avoided. This can also drastically reduce the excess energy required to compensate for tolerances.
- the invention can advantageously be designed in that the monotonically falling function is convex and in that the braking element is designed such that the braking force on the transmission element between the constellation, which corresponds to the position of the cam disc at the absolute maximum and the constellation, which corresponds to the second position of the cam, increases continuously.
- Another advantageous embodiment of the invention provides that the differential ratio in the first position of the cam is zero.
- the differential quotient is zero in the second position of the cam.
- This configuration means that in the second position of the cam, the transmission element and the parts of the circuit breaker driven thereby have no dynamic energy, so that an overstroke of the driven parts is avoided.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that the brake element is designed as a spring.
- the braking element is designed to be particularly simple in terms of construction, and the spring characteristic, depending on its design, allows a desired profile for the deceleration of the transmission element to be implemented as a function of the distance covered by this.
- the braking element is designed as an energy store for the circuit breaker.
- the transmission element serves to transmit the driving force of the cam disc to the electrical contacts of an interrupter unit to be actuated, and on the other hand to charge a force accumulator during this movement, which serves as a drive for an opposite switching movement of the interrupter unit.
- the energy accumulator can be designed, for example, as a spring accumulator, in which case the characteristic of the spring determines the profile of the deceleration of the transmission element.
- Figure 1 shows schematically an interrupter unit with a drivable contact 2 and an opening spring 3, which serves as an energy store for driving the contact 2 during an opening movement.
- a switch-on spring 4 is relaxed, one end 5 of which is fixed and the other end 6 is connected to a crank wheel 8 by means of a connecting rod 7.
- the crank wheel 8 is rotatably mounted on an axis 9 and is firmly connected to a cam disk 10.
- the transmission element 11 is driven in the form of a roller pivotally attached to a handlebar 12.
- a connecting rod 21 is articulated to the transmission element 11 and is movably connected at its end 13 facing away from the transmission element to a stationary crank 14. A pushing movement on the push rod 21 is converted by the crank 14 into a pushing movement of the switching rod 15 in the direction of the arrow 16 and thereby the contact 2 is actuated so that the interrupter unit carries out a switch-on movement.
- the movement of the transmission element 11 also moves a compression of the switch-off spring 3.
- the switch-off spring 3 thus counteracts the movement of the transmission element 11 when the cam disk 10 rotates. As a result, the transmission element 11 is printed against the cam plate 10.
- the aim of the invention is to ensure that the counterforce acting on the transmission element 11 through the switch-off spring 3 and possibly an additional damping device 17 is sufficiently large that the transmission element 11 does not lift off the cam plate 10 at any point.
- the movement of all parts connected to the transmission element 11 in the course of a rotation of the cam disc is determined solely by the shape of the cam disc and can therefore be precisely determined.
- FIGS. 2 to 5 each show graphs in which the cam disc rotation angle normalized to 1 is plotted on the abscissa.
- “0” denotes the first position at which the cam disc comes into contact with the transmission element 11
- “1” denotes the second position of the cam disc and thus the end of the movement transmission.
- the ordinate shows the angle traveled by the link 12 of the transmission element, which is a measure of the distance traveled by the transmission element 11.
- f1 denotes the movement of the transmission element when the cam is in the form of an Archimedean spiral, i. H. has a curve with a constant slope. Accordingly, f1 is a straight line, which means that the angle of rotation of the link 12, which is traversed per unit angle traveled by the cam disk 10, is the same in every phase of the movement.
- f2 denotes an improved variant.
- the cam plate 10 is shaped here so that a finite rotation of the cam plate 10 does not lead to a movement of the transmission element 11 at the start of the switch-on movement. This avoids an impact on the transmission element 11.
- a movement of the cam plate 10 is transmitted particularly effectively to the transmission element 11.
- similar conditions result as in the initial area, so that the cam disc can run out without the transmission element 11 being driven further.
- the corresponding derivation function is shown for a cam disk designed according to the invention.
- This fulfills the above-mentioned conditions that the derivative is zero at the beginning and end of the transfer movement.
- the maximum 18 of the derivative function lies in the first half 19 of the interval 20 between the beginning and end of the movement transmission. This ensures that a strong acceleration acts on the transmission element at the beginning of the movement, so that it can travel a long distance in a short time.
- the route to be covered by the transmission element 11, which is ultimately determined by the route to be traveled by the drivable contact 2, is therefore very quickly largely covered. It the braking of the movement of the transmission element 11 can therefore also be initiated relatively early.
- FIG. 5 shows the graph of the function f according to the invention, its first derivative and its second derivative, in each case according to the cam disk rotation angle.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter mit einer um eine ortsfeste Achse drehbar gelagerten, antreibbaren Kurvenscheibe, die bei einer Bewegung im Intervall zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung ein senkrecht zu der Achse bewegliches Übertragungselement antreibt, welches Teile des Leistungsschalters antreibt und mit einem seine Bewegung verzögernden Bremselement verbunden ist.The invention relates to a drive for an electrical circuit breaker having a drivable cam disk which is rotatably mounted about a fixed axis and which, when moving in the interval between a first position and a second position, drives a transmission element which is movable perpendicularly to the axis and which forms parts of the circuit breaker drives and is connected to a braking element retarding its movement.
Ein derartiger Antrieb für einen Leistungsschalter ist beispielsweise aus der DE-PS 25 17 134 bekannt. Bei dem bekannten Antrieb wird eine Achse, auf der eine Kurvenscheibe fixiert ist, durch eine Einschaltfeder angetrieben. Durch die Kurvenscheibe wird über einen Zapfen eine zweite Welle angetrieben, deren Drehbewegung über zwei Kurbeln auf eine Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters übertragen wird. Gleichzeitig greift an der zweiten Welle eine Ausschaltfeder an, die der Bewegung der Kurvenscheibe beim Einschaltvorgang entgegenwirkt, dadurch die Bewegung der Kurvenscheibe verzögert und selbst gespannt wird.Such a drive for a circuit breaker is known for example from DE-PS 25 17 134. In the known drive, an axis on which a cam disc is fixed is driven by an engagement spring. A second shaft is driven by the cam disc via a pin, the rotary movement of which is transmitted to a circuit breaker interrupter unit via two cranks. At the same time, a switch-off spring acts on the second shaft, which counteracts the movement of the cam disc during the switch-on process, thereby delaying the movement of the cam disc and tensioning it itself.
Bei dem bekannten Antrieb muß die Energie der Einschaltfeder und damit die von der Kurvenscheibe übertragene Energie zum Ausgleich von Temperaturschwankungen und mechanischen Toleranzen überschußbehaftet sein. Der Überschuß der auf die Unterbrechereinheit wirkenden Energie muß dann entweder in den die Antriebskraft übertragenden Teilen oder in einem zusätzlichen Stoßdämpfer aufgefangen werden. Es kann normalerweise auch kein unbegrenzter Überhub der Antriebsteile im Einschaltfall zugelassen werden.In the known drive, the energy of the closing spring and thus the energy transmitted from the cam plate must be excess to compensate for temperature fluctuations and mechanical tolerances. The excess of the energy acting on the interrupter unit must then be absorbed either in the parts transmitting the driving force or in an additional shock absorber. It usually can no unlimited overstroke of the drive parts when switched on.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß der Überhub sowie der Überschluß an dynamischer Energie der durch die Kurvenscheibe angetriebenen Teile möglichst gering gehalten wird, ohne daß überschüssige dynamische Energie durch Teile des Antriebs aufgenommen werden muß.The invention is therefore based on the object of designing a drive of the type mentioned in such a way that the overstroke and the excess of dynamic energy of the parts driven by the cam disc are kept as low as possible without excess dynamic energy having to be absorbed by parts of the drive .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kurvenscheibe derart geformt ist, daß der Differentialquotient aus dem von dem Übertragungselement zurückgelegten Weg und dem zurückgelegten Drehwinkel der Kurvenscheibe, betrachtet als Funktion des Drehwinkels der Kurvenscheibe, ein absolutes Maximum im Bereich zwischen der ersten Stellung und der Mitte des Intervalls aufweist und in dem Bereich zwischen der Stelle des absoluten Maximums und der zweiten Stellung eine monoton fallende Funktion darstellt.The object is achieved in that the cam is shaped such that the differential quotient from the distance traveled by the transmission element and the angle of rotation of the cam, viewed as a function of the angle of rotation of the cam, an absolute maximum in the range between the first position and the Has middle of the interval and represents a monotonically falling function in the area between the position of the absolute maximum and the second position.
Die erste und die zweite Stellung der Kurvenscheibe begrenzen das Intervall, in dem eine Bewegung der Kurvenscheibe eine Bewegung des Übertragungselementes zur Folge hat.The first and the second position of the cam disc limit the interval in which movement of the cam disc results in movement of the transmission element.
Der genannte Differentialquotient entspricht der Ableitung des Weges des Übertragungselementes nach dem Kurvenscheibendrehwinkel.The differential quotient mentioned corresponds to the derivation of the path of the transmission element according to the cam disk rotation angle.
Das Ziel der Erfindung ist es, die Kurvenscheibe so auszubilden, daß das Übertragungselement während des gesamten Vorganges der Übertragung von Energie durch die Kurvenscheibe auf das Übertragungselement an der Kurvenscheibe anliegt.The aim of the invention is to design the cam disc in such a way that the transmission element bears against the cam disc during the entire process of transferring energy through the cam disc to the transmission element.
Durch die "Steigung" der Kurvenscheibe wird das Übertragungselement bei einer Bewegung der Kurvenscheibe im ersten Teil der Bewegung beschleunigt. In einem zweiten Teil der Bewegung wird zwar noch Kraft von der Kurvenscheibe auf das Übertragungselement übertragen, diese dient aber nicht zu einer weiteren Beschleunigung des Übertragungselementes, sondern sie wird für die mechanische Arbeit aufwendet, die das Übertragungselement an die übrigen Teile des Antriebs weitergibt. Zum Ende des Antriebsvorganges wird dabei das Übertragungselement allmählich bis zum Stillstand abgebremst.Due to the "slope" of the cam, the transmission element is accelerated when the cam moves in the first part of the movement. In a second part of the movement, force is still transmitted from the cam to the transmission element, but this does not serve to further accelerate the transmission element, but rather is used for the mechanical work that the transmission element passes on to the other parts of the drive. At the end of the drive process, the transmission element is gradually braked to a standstill.
Soll in der zweiten Phase des Antriebsvorganges nach Erreichen der maximalen Geschwindigkeit das Übertragungselement ständig mit der Kurvenscheibe in Kontakt bleiben, so daß sich der Überhub durch die Gestaltung der Kurvenscheibe vollkommen kontrollieren läßt, so muß die Bedingung erfüllt sein, daß das Übertragungselement durch die von ihm angetriebenen Teile des Leistungsschalters und das Bremselement in dem Maß verzögerbar ist, wie es die durch die Kurvenscheibe dem Übertragungselement eingeprägte Bewegung erfordert. Wenn nämlich die "Steigung" der Kurvenscheibe in dieser Phase des Antriebsvorganges geringer wird, so würde die Geschwindigkeit des Übertragungselementes in dem Fall, daß keine bremsenden Kräfte wirken, konstant bleiben und das Übertragungselement würde sich von der Kurvenscheibe lösen. Eine Ablösung des Übertragungselementes von der Kurvenscheibe findet auch dann statt, wenn die abbremsenden Kräfte auf das Übertragungselement nicht ausreichend groß sind, um dies entsprechend dem Verlauf der Kurvenscheibe ausreichend abzubremsen.If, in the second phase of the drive process, after the maximum speed has been reached, the transmission element remains in constant contact with the cam plate, so that the overstroke can be completely controlled by the design of the cam plate, then the condition must be met that the transmission element by him driven parts of the circuit breaker and the braking element is retardable to the extent required by the movement impressed by the cam on the transmission element. If the "slope" of the cam disc becomes smaller in this phase of the drive process, the speed of the transmission element would remain constant in the event that no braking forces act and the transmission element would separate from the cam disc. A detachment of the transmission element from the cam also takes place if the braking forces on the transmission element are not sufficiently large to brake this sufficiently according to the course of the cam.
Sind die abbremsenden Kräfte, die auf das Übertragungselement wirken, zu groß, so wirkt sich dies nicht in negativer Weise auf das Übertragungselement und die übrigen Teile des Leistungsschalters aus. Die bremsenden Kräfte sollten lediglich deshalb nicht zu groß sein, damit nicht der Antrieb der Kurvenscheibe aus diesem Grund vergrößert werden muß.If the braking forces which act on the transmission element are too great, this does not have a negative effect Way out on the transmission element and the other parts of the circuit breaker. The braking forces should only not be too great so that the drive of the cam disc does not have to be increased for this reason.
Diese Überlegungen fuhren dazu, daß die Kurvenscheibe so gestaltet wird, daß die Abbremsung des Übertragungselementes möglichst früh eingeleitet wird, um die Bremsbeschleunigung, die von dem Bremselement aufgebracht werden muß, möglichst gering zu halten. Dennoch muß das Übertragungselement in möglichst kurzer Zeit eine möglichst große Gesamtstrecke zurücklegen, um den Schaltvorgang des Leistungsschalters möglichst schnell zu vollenden.These considerations lead to the cam disc being designed in such a way that the braking of the transmission element is initiated as early as possible in order to keep the braking acceleration which must be applied by the braking element as low as possible. Nevertheless, the transmission element must cover the largest possible distance in the shortest possible time in order to complete the switching operation of the circuit breaker as quickly as possible.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß das Übertragungselement seine höchste Geschwindigkeit möglichst schnell erreicht, um dann über einen zeitlich und örtlich möglichst langen Bereich bis zum Stillstand abgebremst werden zu können. Es ist gemäß der Erfindung kein besonders stark verzögerndes Bremselement notwendig, um den ständigen Kontakt zwischen dem Übertragungselement und der Kurvenscheibe zu gewährleisten. Hierdurch ist eine genaue Kontrolle der Bewegung des Übertragungselementes durch entsprechende Gestaltung der Kurvenscheibe möglich. Ein unnötiger Überhub kann damit vermieden werden. Dadurch kann auch die notwendige Überschußenergie, die zum Ausgleich von Toleranzen notwendig ist, drastisch verringert werden.According to the invention, it is therefore provided that the transmission element reaches its highest speed as quickly as possible, so that it can then be braked to a standstill over an area that is as long in time and location as possible. According to the invention, no particularly strongly decelerating braking element is necessary in order to ensure constant contact between the transmission element and the cam disc. This enables precise control of the movement of the transmission element by designing the cam plate accordingly. An unnecessary overstroke can thus be avoided. This can also drastically reduce the excess energy required to compensate for tolerances.
Die Erfindung kann vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die monoton fallende Funktion konvex ist und daß das Bremselement so ausgebildet ist, daß die Bremskraft auf das Übertragungselement zwischen der Konstellation, der der Stellung der Kurvenscheibe beim absoluten Maximum entspricht und der Konstellation, die der zweiten Stellung der Kurvenscheibe entspricht, stetig zunimmt.The invention can advantageously be designed in that the monotonically falling function is convex and in that the braking element is designed such that the braking force on the transmission element between the constellation, which corresponds to the position of the cam disc at the absolute maximum and the constellation, which corresponds to the second position of the cam, increases continuously.
Die konvexe Eigenschaft der monoton fallenden Funktion, welcher der Differentialquotient aus dem von dem Übertragungselement zurückgelegten Weg und dem zurückgelegten Drehwinkel der Kurvenscheibe folgt, führt dazu, daß die Verzögerung des Übertragungselementes mit dem Fortschreiten des von diesem zurückgelegten Weges größer wird. Dementsprechend muß, wenn das Übertragungselement in Kontakt mit der Kurvenscheibe bleiben soll, die auf das Übertragungselement wirkende Bremskraft zunehmen. Da ein solches Bremselement konstruktiv besonders einfach in Form eines elastischen Elementes zu gestalten ist, bei dem die Gegenkraft in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg zunimmt, kann das Übertragungselement am schnellsten dadurch abgebremst werden, daß mit einer geringen Verzögerungskraft begonnen und diese nach der Charakteristik des Bremselementes gesteigert wird. Auf diese Weise kann das Übertragungselement auf der kürzest möglichen Strecke abgebremst werden.The convex property of the monotonically falling function, which the differential quotient follows from the path covered by the transmission element and the angle of rotation of the cam disc, causes the delay of the transmission element to increase as the path covered by the latter progresses. Accordingly, if the transmission element is to remain in contact with the cam, the braking force acting on the transmission element must increase. Since such a braking element is structurally particularly simple to design in the form of an elastic element in which the counterforce increases as a function of the distance traveled, the fastest way to slow down the transmission element is to start with a low deceleration force and increase it according to the characteristics of the braking element becomes. In this way, the transmission element can be braked on the shortest possible route.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Differentialqoutient in der ersten Stellung der Kurvenscheibe gleich Null ist.Another advantageous embodiment of the invention provides that the differential ratio in the first position of the cam is zero.
Hierdurch ist gewährleistet, daß zu Beginn der Berührung zwischen der Kurvenscheibe und dem Übertragungselement sich zwar die Kurvenscheibe bewegt, nicht aber das Übertragungselement. Erst wenn der Differentialqoutient einen Wert ungleich Null annimmt, kann zwischen der Kurvenscheibe und dem Übertragungselement eine Bewegung übertragen werden. Es wird hierdurch ein Stoß auf das Übertragungselement zu Beginn seiner Bewegung vermieden.This ensures that at the beginning of the contact between the cam and the transmission element, the cam moves, but not the transmission element. Only when the differential coefficient assumes a value not equal to zero can a movement be transmitted between the cam disc and the transmission element. This prevents an impact on the transmission element at the start of its movement.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß der Differentialquotient in der zweiten Stellung der Kurvenscheibe gleich Null ist.Furthermore, it can advantageously be provided that the differential quotient is zero in the second position of the cam.
Diese Ausgestaltung führt dazu, daß in der zweiten Stellung der Kurvenscheibe das Übertragungselement und die durch diese angetriebenen Teile des Leistungsschalters keine dynamische Energie aufweisen, so daß ein Überhub der angetriebenen Teile vermieden wird.This configuration means that in the second position of the cam, the transmission element and the parts of the circuit breaker driven thereby have no dynamic energy, so that an overstroke of the driven parts is avoided.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Bremselement als Feder ausgebildet ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the brake element is designed as a spring.
Hierdurch wird das Bremselement konstruktiv besonders einfach gestaltet und durch die Federcharakteristik kann je nach deren Gestaltung ein gewünschtes Profil für die Verzögerung des Übertragungselementes in Abhängigkeit von dem durch dieses zurückgelegten Weg realisiert werden.As a result, the braking element is designed to be particularly simple in terms of construction, and the spring characteristic, depending on its design, allows a desired profile for the deceleration of the transmission element to be implemented as a function of the distance covered by this.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß das Bremselement als Kraftspeicher für den Leistungsschalter ausgebildet ist.It proves to be particularly advantageous that the braking element is designed as an energy store for the circuit breaker.
Das Übertragungselement dient in diesem Falle dazu, die Antriebskraft der Kurvenscheibe einerseits auf die zu betätigenden elektrischen Kontakte einer Unterbrechereinheit zu übertragen, und andererseits bei dieser Bewegung einen Kraftspeicher aufzuladen, der für eine entgegengesetzte Schaltbewegung der Unterbrechereinheit als Antrieb dient. Der Kraftspeicher kann beispielsweise als Federspeicher ausgebildet sein, wobei dann die Charakteristik der Feder das Profil der Verzögerung des Übertragungselementes bestimmt. Durch eine geeignete Kraftübersetzung zwischen dem das Bremselement bildenden Kraftspeicher und dem Übertragungselement kann die Charakteristik des Kraftspeichers an das geforderte Verzögerungsprofil des Übertragungselementes geeignet angepaßt werden.In this case, the transmission element serves to transmit the driving force of the cam disc to the electrical contacts of an interrupter unit to be actuated, and on the other hand to charge a force accumulator during this movement, which serves as a drive for an opposite switching movement of the interrupter unit. The energy accumulator can be designed, for example, as a spring accumulator, in which case the characteristic of the spring determines the profile of the deceleration of the transmission element. By means of a suitable force transmission between the energy accumulator forming the braking element and the transmission element the characteristic of the energy accumulator can be suitably adapted to the required delay profile of the transmission element.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.In the following, the invention is shown by way of example in a drawing and then described.
Dabei zeigt
Figur 1 schematisch einen Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter,Figur 2 für zwei verschiedene Formen der Kurvenscheibe jeweils die Auslenkung des Übertragungselementes in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurvenscheibe,- Figur 3 die mathematischen Ableitungen (Differentialqoutienten) der in
Figur 2 gezeigten Funktionen als Graph in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurvenscheibe, - Figur 4 den Graph des Differentialqoutienten in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurvenscheibe bei einer erfindungsgemäßen Gestaltung der Kurvenscheibe und zum Vergleich dazu bei einer konventionellen Kurvenscheibe
- Figur 5 den Graphen des Differentialqoutienten (f') aus der Figur 4 sowie die Ableitung (f'') dieser Funktion nach dem Kurvenscheibendrehwinkel und den vom Übertragungselement insgesamt zurückgelegten Weg in Abhängigkeit vom Kurvenscheibendrehwinkel.
- FIG. 1 schematically shows a drive for an electrical circuit breaker,
- FIG. 2 shows the deflection of the transmission element as a function of the angle of rotation of the cam disk for two different shapes of the cam disk,
- 3 shows the mathematical derivatives (differential coefficients) of the functions shown in FIG. 2 as a graph as a function of the angle of rotation of the cam disk,
- FIG. 4 shows the graph of the differential ratio as a function of the angle of rotation of the cam disk in the case of an inventive design of the cam disk and for comparison in the case of a conventional cam disk
- FIG. 5 shows the graph of the differential coefficient (f ') from FIG. 4 and the derivative (f'') of this function according to the cam disk rotation angle and the total distance traveled by the transmission element as a function of the cam disk rotation angle.
Figur 1 zeigt schematisch eine Unterbrechereinheit mit einem antreibbaren Kontakt 2 und einer Ausschaltfeder 3, die als Kraftspeicher zum Antrieb des Kontaktes 2 bei einer Ausschaltbewegung dient.Figure 1 shows schematically an interrupter unit with a
Zum Einschalten wird eine Einschaltfeder 4 entspannt, deren eines Ende 5 ortsfest fixiert ist und deren anderes Ende 6 mittels einer Pleuelstange 7 mit einem Kurbelrad 8 verbunden ist. Das Kurbelrad 8 ist auf einer Achse 9 drehbar gelagert und mit einer Kurvenscheibe 10 fest verbunden. Bei einer Verlängerung der Einschaltfeder 4 wird die Kurvenscheibe im Uhrzeigersinn um die Achse 9 gedreht. Dabei wird das Übertragungselement 11 in Form einer an einem Lenker 12 schwenkbar befestigten Rolle angetrieben. An das Übertragungselement 11 ist eine Schubstange 21 angelenkt, die an ihrem dem Übertragungselement abgewandten Ende 13 mit einer ortsfest gelagerten Kurbel 14 beweglich verbunden ist. Eine Schubbewegung auf die Schubstange 21 wird durch die Kurbel 14 in eine Schubbewegung der Schaltstange 15 in Richtung des Pfeiles 16 umgesetzt und hierdurch wird der Kontakt 2 betätigt, so daß die Unterbrechereinheit eine Einschaltbewegung ausfuhrt.To switch on, a switch-on spring 4 is relaxed, one end 5 of which is fixed and the other end 6 is connected to a crank wheel 8 by means of a connecting
Die Bewegung der Übertragungselementes 11 bewegt außerdem eine Kompression der Ausschaltfeder 3. Die Ausschaltfeder 3 wirkt mithin der Bewegung des Übertragungselementes 11 bei einer Drehung der Kurvenscheibe 10 entgegen. Hierdurch wird das Übertragungselement 11 gegen die Kurvenscheibe 10 gedruckt.The movement of the
Ziel der Erfindung ist es, zu bewirken, daß die durch die Ausschaltfeder 3 und eventuell eine zusätzliche Dämpfungseinrichtung 17 auf das Übertragungselement 11 wirkende Gegenkraft genügend groß ist, so daß das Übertragungselement 11 an keiner Stelle von der Kurvenscheibe 10 abhebt. Hierdurch ist die Bewegung aller mit dem Übertragungselement 11 verbundenen Teile im Zuge einer Drehung der Kurvenscheibe allein durch die Form der Kurvenscheibe bestimmt und somit genau festlegbar.The aim of the invention is to ensure that the counterforce acting on the
Die Figuren 2 bis 5 zeigen jeweils Graphen, bei denen auf der Abszisse der auf 1 normierte Kurvenscheibendrehwinkel aufgetragen ist. Hierbei bezeichnet "0" die erste Stellung, bei der die Kurvenscheibe mit dem Übertragungselement 11 in Kontakt kommt, "1" bezeichnet die zweite Stellung der Kurvenscheibe und somit das Ende der Bewegungsübertragung.FIGS. 2 to 5 each show graphs in which the cam disc rotation angle normalized to 1 is plotted on the abscissa. Here, "0" denotes the first position at which the cam disc comes into contact with the
In Figur 2 ist auf der Ordinate der von dem Lenker 12 des Übertragungselementes zurückgelegte Winkel aufgetragen, der ein Maß für die durch das Übertragungselement 11 zurückgelegte Strecke ist. Es sind zwei Graphen für unterschiedliche Formen der Kurvenscheibe dargestellt. f1 bezeichnet die Bewegung des Übertragungselementes, wenn die Kurvenscheibe die Form einer archimedischen Spirale, d. h. einer Kurve mit konstanter Steigung aufweist. f1 ist dementsprechend eine Gerade, was bedeutet, daß der Drehwinkel des Lenkers 12, der pro von der Kurvenscheibe 10 zurückgelegtem Einheitswinkel durchlaufen wird, in jeder Phase der Bewegung gleich groß ist. Dies bedeutet, daß zu Anfang der Einschaltbewegung von der Kurvenscheibe 10 auf das Übertragungselement 11 ein Stoß ausgeübt wird und daß das Übertragungselement 11 und die mit ihm verbundenen Teile des Schalterantriebs zum Ende der Einschaltbewegung eine relativ hohe dynamische Energie aufweisen, wenn nicht die Kurvenscheibe 10 in geeigneter Form abgebremst worden ist.In FIG. 2, the ordinate shows the angle traveled by the
f2 bezeichnet eine verbesserte Variante. Die Kurvenscheibe 10 ist hier so geformt, daß zu Beginn der Einschaltbewegung eine endliche Drehung der Kurvenscheibe 10 nicht zu einer Bewegung des Übertragungselementes 11 führt. Hierdurch wird ein Stoß auf das Übertragungselement 11 vermieden. Im mittleren Bereich der Einschaltbewegung wird eine Bewegung der Kurvenscheibe 10 besonders effektiv auf das Übertragungselement 11 übertragen. Im Endbereich der Einschaltbewegung ergeben sich ähnliche Bedingungen wie im Anfangsbereich, so daß hier die Kurvenscheibe auslaufen kann, ohne daß das Übertragungselement 11 weiter vorangetrieben wird.f2 denotes an improved variant. The
In Figur 3 sind die mathematischen Ableitungen der in Figur 2 gezeigten Funktionen f1 und f2 nach dem Kurvenscheibendrehwinkel, das heißt der Differentialquotient aus dem Weg des Übertragungselementes und dem Kurvenscheibendrehwinkel, dargestellt. Aus dem oben Beschriebenen wird deutlich, daß die Ableitung der Funktion, um einen Stoß auf das Übertragungselement 11 zu vermeiden, am Punkt "0", das heißt zu Beginn der Übertragung gleich Null sein muß und daß die Ableitung zum Ende der Übertragung ebenfalls gleich Null sein muß, um ein Auslaufen der Kurvenscheibe 10 zu ermöglichen, ohne daß das Übertragungselement 11 und die mit ihm verbundenen Teile des Schalterantriebs zum Ende der Einschaltbewegung noch eine endliche Geschwindigkeit, d. h. dynamische Energie aufweisen, die durch Teile des Schalters aufgefangen werden müßte.3 shows the mathematical derivations of the functions f1 and f2 shown in FIG. 2 according to the cam disk rotation angle, that is to say the differential quotient from the path of the transmission element and the cam disk rotation angle. From the above it is clear that the derivative of the function must be zero at point "0", that is to say at the beginning of the transmission, in order to avoid impact on the
In Figur 4 ist, mit f3' bezeichnet, die entsprechende Ableitungsfunktion bei einer erfindungsgemäß gestalteten Kurvenscheibe dargestellt. Die erfüllt die obengenannten Bedingungen, daß die Ableitung zu Beginn und Ende der Übertragungsbewegung gleich Null ist. Außerdem liegt das Maximum 18 der Ableitungsfunktion in der ersten Hälfte 19 des Intervalls 20 zwischen Beginn und Ende der Bewegungsübertragung. Hierdurch ist gewährleistet, daß zu Beginn der Bewegung eine starke Beschleunigung auf das Übertragungselement wirkt, so daß dieses in kurzer Zeit eine große Strecke zurücklegen kann. Der von dem Übertragungselement 11 zurückzulegende Weg, der letztendlich durch den von dem antreibbaren Kontakt 2 zurückzulegenden Weg bestimmt ist, wird daher sehr schnell zum größten Teil durchlaufen. Es kann daher auch relativ früh die Abbremsung der Bewegung des Übertragungselementes 11 eingeleitet werden. Dies ist dadurch realisiert, daß jenseits des Maximums 18 der Funktion f3' diese monoton fallend ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich, daß eine Bewegung der Kurvenscheibe 10 jenseits des Maximums 18 mit immer größeren Untersetzungen an das Übertragungselement 11 weitergegeben wird. Die Ausschaltfeder 3 und die übrigen, auch reibungsbehafteten Teile des Leistungsschalters bringen dabei die Bremskräfte auf, so daß das Übertragungselement 11 durchgehend an die Kurvenscheibe 10 angedruckt wird. Da die Abbremsungsbewegung schon sehr früh eingeleitet wird, ist die Bremsbeschleunigung, die notwendig ist, um die Teile des Schalters bis zum Erreichen des Einschaltzustandes zum Stehen zu bringen, relativ niedrig. Die Ausschaltfeder muß daher nicht stärker dimensioniert werden, als es für ihre Funktion als Kraftspeicher für die Ausschaltbewegung notwendig ist.In FIG. 4, designated f3 ', the corresponding derivation function is shown for a cam disk designed according to the invention. This fulfills the above-mentioned conditions that the derivative is zero at the beginning and end of the transfer movement. In addition, the maximum 18 of the derivative function lies in the first half 19 of the
Es zeigt sich in Figur 4 außerdem, daß die Funktion f3' im Bereich zwischen dem Maximum 18 und dem Ende der Bewegungsübertragung konvex ist, d. h. die Ableitung dieser Funktion wird zwischen dem Maximum 18 und dem Ende der Bewegungsübertragung immer stärker negativ, d. h. der Betrag dieser Ableitung, der der aufzubringenden Bremsbeschleunigung entspricht, wird größer. Das bedeutet, daß die Bremskraft bei fortschreitender Bewegung des Übertragungselementes 11 immer größer werden muß, um das Übertragungselement 11 an die Kurvenscheibe 10 anzudrücken. Dies ist dadurch, daß das Bremselement durch die Ausschaltfeder 3 gebildet ist, sichergestellt, da die Federcharakteristik der Feder 3 naturgemäß einer monoton steigenden Funktion entspricht, d. h. die Feder 3 bringt eine umso stärkere Kraft auf, je weiter sie zusammengedrückt ist.It can also be seen in FIG. 4 that the function f3 'is convex in the region between the maximum 18 and the end of the movement transmission, ie the derivative of this function becomes increasingly negative between the maximum 18 and the end of the movement transmission, ie the amount of this Derivation, which corresponds to the braking acceleration to be applied, increases. This means that the braking force must continue to increase with progressive movement of the
In Figur 5 ist der Graph der erfindungsgemäßen Funktion f, ihrer ersten Ableitung und ihrer zweiten Ableitung, jeweils nach dem Kurvenscheibendrehwinkel, dargestellt.FIG. 5 shows the graph of the function f according to the invention, its first derivative and its second derivative, in each case according to the cam disk rotation angle.
Claims (6)
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kurvenscheibe (10) derart geformt ist, daß der Differentialquotient (f') aus dem von dem Übertragungselement (11) zurückgelegten Weg und dem zurückgelegten Drehwinkel der Kurvenscheibe (10) betrachtet als Funktion des Drehwinkels der Kurvenscheibe (10), ein absolutes Maximum (18) im Bereich zwischen der ersten Stellung und der Mitte des Intervalls (20) aufweist und in dem Bereich zwischen der Stelle des absoluten Maximums (18) und der zweiten Stellung eine monoton fallende Funktion darstellt.Drive for an electrical circuit breaker with a drivable cam disc (10) which is rotatably mounted about a fixed axis and which, when moving in the interval (20) between a first position and a second position, has a transmission element (11) which is movable perpendicular to the axis (9). drives which drives parts of the circuit breaker and is connected to a braking element which delays its movement,
characterized in that
the cam disc (10) is shaped such that the differential quotient (f ') from the path covered by the transmission element (11) and the angle of rotation of the cam disc (10) as a function of the angle of rotation of the cam disc (10), an absolute maximum ( 18) in the area between the first position and the center of the interval (20) and in the area between the location of the absolute maximum (18) and the second position represents a monotonically falling function.
dadurch gekennzeichnet, daß
die monoton fallende Funktion konvex ist und daß das Bremselement (3) so ausgebildet ist, daß die Bremskraft auf das Übertragungselement (11) zwischen der Konstellation, die der Stellung der Kurvenscheibe (10) beim absoluten Maximum (18) entspricht und der Konstellation, die der zweiten Stellung der Kurvenscheibe (10) entspricht, stetig zunimmt.Drive according to claim 1,
characterized in that
the monotonically falling function is convex and that the braking element (3) is designed so that the braking force on the transmission element (11) between the constellation, which corresponds to the position of the cam (10) at the absolute maximum (18) and the constellation, the corresponds to the second position of the cam (10), increases steadily.
dadurch gekennzeichnet, daß
der Differentialqoutient in der ersten Stellung der Kurvenscheibe (10) gleich Null ist.Drive according to claim 1,
characterized in that
the differential ratio in the first position of the cam (10) is zero.
dadurch gekennzeichnet, daß
der Differentialquotient in der zweiten Stellung der Kurvenscheibe (10) gleich Null ist.Drive according to claim 1 or one of the following,
characterized in that
the differential quotient in the second position of the cam (10) is zero.
dadurch gekennzeichnet, daß
das Bremselement (3) als Feder ausgebildet ist.Drive according to claim 1 or one of the following,
characterized in that
the braking element (3) is designed as a spring.
dadurch gekennzeichnet, daß
das Bremselement (3) als Kraftspeicher für den Leistungsschalter ausgebildet ist.Drive according to claim 1 or one of the following,
characterized in that
the braking element (3) is designed as an energy store for the circuit breaker.
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