EP2313901B1 - Federwegschalter - Google Patents

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EP2313901B1
EP2313901B1 EP09776937A EP09776937A EP2313901B1 EP 2313901 B1 EP2313901 B1 EP 2313901B1 EP 09776937 A EP09776937 A EP 09776937A EP 09776937 A EP09776937 A EP 09776937A EP 2313901 B1 EP2313901 B1 EP 2313901B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spring
region
circumferential region
pushbutton
circumferential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP09776937A
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English (en)
French (fr)
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EP2313901A1 (de
Inventor
Joachim BOHLÄNDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Publication of EP2313901A1 publication Critical patent/EP2313901A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2313901B1 publication Critical patent/EP2313901B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H19/00—Switches operated by an operating part which is rotatable about a longitudinal axis thereof and which is acted upon directly by a solid body external to the switch, e.g. by a hand
    • 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
    • H01H3/24—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using pneumatic or hydraulic actuator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator
    • H01H33/34—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator hydraulic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator
    • H01H2033/306—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator monitoring the pressure of the working fluid, e.g. for protection measures
    • 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
    • H01H3/3005—Charging means
    • H01H3/301—Charging means using a fluid actuator

Definitions

  • the invention relates to a spring travel switch with a cam and a hydraulic spring drive for a high-voltage circuit breaker, which comprises such a spring travel switch with cam.
  • a generic spring drive is among others from the patent application EP 0829892 A1 known.
  • a storage spring pressurizes a fluid located in the storage cylinder via a pressure body and a pressure piston slidingly displaceable in a storage cylinder.
  • a drive rod is moved, which is attached to a slidable in a working cylinder drive piston. If the working piston moves with the working rod in a first end position, it closes the circuit breaker. If the working piston is moved with the working rod into a second end position, it opens the circuit breaker.
  • the area of the working cylinder in which the working rod is located is hydraulically connected to the storage cylinder. There is thus under high pressure fluid.
  • the region of the working cylinder, which faces away from the working rod is hydraulically connected to the storage cylinder, the fluid under high pressure is conducted into this region of the working cylinder and the working piston is moved into the first end position.
  • the region of the working cylinder, which faces away from the working rod is hydraulically connected to a low-pressure tank, the fluid from this region of the working cylinder is directed into the low-pressure tank and the working piston is moved to the second end position.
  • the spring accumulator drive has a spring travel switch, which detects when the accumulator spring has reached a maximum permissible extent, which is referred to below as Einschaltausdehnung.
  • the spring return switch then turns on a pump, which pumps fluid from the low-pressure tank into the storage cylinder, thereby restoring the accumulator spring and reducing its expansion.
  • the spring travel switch detects when the storage spring has reached a predetermined extent, which is referred to below as Ausschaltausdehnung, and turns off the pump again.
  • the switch-off extent of the storage spring is smaller than the switch-on extent.
  • the expansion of the storage spring thus follows a hysteresis, which is referred to below as Nachladehysterese.
  • the recharge hysteresis is controlled by the spring travel switch.
  • the spring travel switch comprises a linearly displaceable toothed rack, which is coupled to the storage spring and which drives a cam disc via a toothed wheel.
  • the cam comprises a first peripheral portion with a relatively large small radius and a second peripheral region with a relatively large radius. Between the first peripheral region and the second peripheral region, there is a flank region within which the extent of the cam disc in the radial direction increases approximately linearly from the radius of the first circumferential region to the radius of the second circumferential region.
  • the cam disc actuates a monostable button, which has a switching hysteresis and which has at least one switching contact.
  • the second circumferential area acts on the push-button.
  • the button is thereby pressed so far that the switching contact closes, whereby the pump is turned on.
  • the cam disk rotates and first the flank area and then the first peripheral area act on the button. Due to the switching hysteresis of the button, the switching contact opens only when the first peripheral area acts on the button and the button is almost completely relieved. As long as the flank area of the cam disc acts on the button, the switching contact remains closed. If the first circumferential portion of the camshaft applied to the button, the storage spring has reached the Ausschaltausdehnung and the switching contact opens, whereby the pump is turned off.
  • the cam disk rotates in the opposite direction and the pushbutton is first acted on by the flank region and then by the second peripheral region. Due to the switching hysteresis of the button, the switching contact only closes when the second circumferential area acts on the button and the switch-on extent of the memory spring is reached. As long as the flank area of the cam disc acts on the button, the switching contact remains open.
  • the object of the invention is to improve the switching behavior of a generic hydraulic spring-loaded drive and in particular to increase the Nachladehysterese and to reduce the number of required pump cycles.
  • the cam disc for actuating a switch having a hysteresis comprises a first peripheral region having at least a first radial extent and a second circumferential region having at least a second radial extent, wherein the at least one second radial extent is greater than the at least one first radial extent.
  • a third peripheral region is arranged with at least a third radial extension, wherein the at least one third radial extent is greater than the at least one first radial extent and smaller than the at least one second radial extent.
  • the switching contact of the button remains due to the hysteresis in its previously assumed switching position. Only at the transition to the second peripheral region or on the first peripheral region of the switching contact switches on or off ideally.
  • the Nachladehysterese a hydraulic spring accumulator drive with a spring travel switch with such a cam plate is adjustable by the size of the third peripheral region.
  • the reload hysteresis can be increased by selecting a relatively large third peripheral area in comparison to a conventional cam disk.
  • the third peripheral region has a third radial extent, which is approximately constant over the third peripheral region, that is, the third peripheral region is approximately formed as a circle segment with a third radius.
  • a peripheral region, in particular the third peripheral region has a plurality of different radial expansions, wherein, for example, the respective radial extent may increase from an initial value to an end value in the circumferential direction, in particular increase continuously, and / or the third circumferential region can have multiple stages, even with different step height and / or with different radial dimensions.
  • the respective peripheral region is curved, in particular circular, parabolic or elliptical curved.
  • a first flank region of the cam disk which is arranged in the circumferential direction between the first peripheral region and the third peripheral region, is made relatively small and extends in the circumferential direction over an angle of at most 10 °, preferably 8 °.
  • a second flank region of the cam disc which is arranged in the circumferential direction between the second peripheral region and the third peripheral region, relatively small and extends in the circumferential direction over an angle of at most 10 °, preferably 8 °.
  • the advantage of a cam disk configured in this way is, in particular, that the recharging hysteresis can be set relatively precisely by selecting the size of the angle of the third circumferential region.
  • the switching hysteresis of the button is subject to tolerances.
  • the switch contact of the probe switches under real conditions just before the transition from the third peripheral region to the first peripheral region and from the third peripheral region to the second peripheral region.
  • the exact switching points of the probe lie within the first flank area and within the second flank area. Due to the tolerance of the button, however, the switching points can not be determined as exactly as desired.
  • the Nachladehysterese is subject to tolerances.
  • the tolerance of the recharging hysteresis thus also decreases.
  • a spring travel switch accordingly comprises a cam disk according to the invention and a push-button having a switching hysteresis with at least one switching contact.
  • the button interacts with the cam such that upon actuation of the probe by the first peripheral portion of the cam, the switching contact occupies a first switching position, and that upon actuation of the probe by the second peripheral portion of the cam disc, the switching contact occupies a second switching position, and that when the probe is acted upon by the third circumferential region of the cam disk, the switching contact retains the previously assumed switching position. For example, the switching contact in the second switching position is closed and opened in the first switching position.
  • the Nachladehysterese a hydraulic spring accumulator drive with such a spring travel switch can be increased by the use of a cam with a relatively large third peripheral region.
  • An inventive hydraulic spring drive for a high-voltage circuit breaker therefore comprises a pump for conveying fluid from a low-pressure tank in a high pressure accumulator and a storage spring for pressure generation in the high-pressure accumulator and a spring travel switch according to the invention.
  • the spring travel switch cooperates with the storage spring such that the button of the spring travel switch is acted upon by the first circumferential region of the cam disk when the storage spring has reached a predetermined Ausschaltausdehnung, and that the button of the spring travel switch is acted upon by the second peripheral portion of the cam disk when the storage spring has reached a predetermined switch-on extent.
  • a cam 10 is shown for use in a spring travel switch.
  • the cam 10 has in this representation approximately the shape of a full circle.
  • Other configurations, for example in the form of a semicircle or a quarter circle, are conceivable. This results in a reduction of the space required in a spring travel switch, in which the cam plate is used.
  • the cam disc 10 includes, inter alia, a first peripheral region 14 having a first radial extent (first radius) 20, a second peripheral region 16 having a second radial extent (second radius) 22, and a third circumferential region 18 having a third radial extent (third radius) 24 on.
  • the second radial extent 22 is greater than the third radial extent 24, which in turn is greater than the first radial extent 20.
  • the second peripheral portion 16 is further expanded in the radial direction than the third peripheral portion 18 and the third peripheral portion 18 is further extended in the radial direction than the first peripheral portion 14.
  • the third peripheral region 18 is located in the circumferential direction between the first peripheral region 14 and the second peripheral region 16 and extends in this example in the circumferential direction over an angle of about 10 °.
  • Other dimensions / extensions of the third Peripheral region 18 in the circumferential direction conceivable.
  • expansions / extensions of the third circumferential region 18 over angles of about 5 ° to about 20 ° have proven to be particularly practical for use in a spring travel switch for a hydraulic spring-loaded drive.
  • the third radial extent (third radius) 24 of the third peripheral region 18 is approximately constant and in this example is about 22 mm.
  • the first radial extent (first radius) 20 is also constant and is about 20 mm here.
  • the second radial extent (second radius) 22 is constant and is about 24 mm here. It goes without saying that other numerical values for the mentioned radial expansions are also conceivable.
  • a first flank region 26 is located in the circumferential direction between the first circumferential region 14 and the third peripheral region 18.
  • the extent of the first flank region 26 increases in the radial direction from the size of the first radial expansion 20 to the size of the third radial expansion 24.
  • the extent of the first flank region 26 in the circumferential direction is chosen to be as small as possible and in this example extends over an angle of approximately 8 °. If, however, the extent of the first flank region 26 in the circumferential direction is too small, then the first flank region 26 carries along a cam interacting with the cam 10 during the transition from the first circumferential region 14 to the third circumferential region 18 in the circumferential direction, instead of toward the radial direction to press.
  • An extension of the first flank region 26 in the circumferential direction over an angle of about 8 ° has proven to be particularly practical for use in a spring travel switch for a hydraulic spring-loaded drive.
  • a second flank region 28 is located in the circumferential direction between the second circumferential region 16 and the third peripheral region 18.
  • the extent of the second flank region 28 drops in the radial direction from the size of the second radial extension 22 to the size of the third radial expansion 24.
  • the extent of the second flank region 28 in the circumferential direction is likewise chosen to be as small as possible and in this example extends over an angle of approximately 8 °. Is the extension of the second flank area However, 28 is chosen too small in the circumferential direction, so the second flank portion 28 takes a co-operating with the cam 10 pushbutton in the transition from the third peripheral portion 18 to the second peripheral portion 16 in the circumferential direction, instead of pressing the button in the radial direction.
  • An extension of the second flank region 28 in the circumferential direction over an angle of about 8 ° has proved to be particularly practical for use in a spring travel switch for a hydraulic spring-loaded drive.
  • a cam 10 is shown in cooperation with a button 12 for use in a spring travel switch.
  • the button 12 includes a schematically illustrated switching contact 30, which can assume two switching positions. In a first switching position of the switching contact 30 is opened, in a second switching position of the switching contact 30 is closed.
  • the first circumferential region 14 of the cam disk 10 acts on the button 12.
  • the switching contact 30 assumes the first switching position and is open.
  • a non-illustrated storage spring of a hydraulic spring-loaded drive has reached a predetermined Ausschaltausdehnung and a pump also not shown here is switched off.
  • the accumulator spring expands and drives the cam disc 10 via a toothed rack (not shown here) and a toothed wheel (also not shown), as a result of which it rotates in a second direction of rotation 2.
  • the third peripheral region 18 acts on the push button 12.
  • the push button 12 is about 2 mm, which is the difference from the third radial extension 24 and the first radial extent 20 corresponds, pressed. Due to the switching hysteresis of the button 12, the switching contact 30 remains open.
  • the second peripheral region 16 acts on the push button 12.
  • the push button 12 is pressed by approximately 4 mm, which corresponds to the difference between the second radial extension 22 and the first radial extension 20.
  • the accumulator spring has reached a predetermined switch-on extent and the switch contact 30 of the probe 12 closes and thus switches on the pump.
  • the accumulator spring is now tensioned and drives the cam disc 10 via the toothed rack and the toothed wheel, as a result of which it rotates in a first direction of rotation 1.
  • the probe 12 is now acted upon successively by the second flank region 28, the third peripheral region 18 and the first flank region 26. Due to the switching hysteresis of the button 12, the switching contact 30 remains closed during this time.
  • the memory spring When the button 12 is acted upon by the first peripheral portion 14, the memory spring has reached a predetermined Ausschaltausdehnung and the switch contact 30 of the button 12 opens and thus switches off the pump.
  • an actuation of the probe by a part of the cam disc is a direct contact of the stylus by this part of the cam disc.
  • a protective hood, an additional probe or the like is arranged between the button and the cam, so that the cam disc does not touch the button directly. In these cases, the probe is acted upon by the cam disc.

Landscapes

  • Rotary Switch, Piano Key Switch, And Lever Switch (AREA)
  • Mechanisms For Operating Contacts (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Federwegschalter mit einer Nockenscheibe sowie einen hydraulischen Federspeicherantrieb für einen Hochspannungsleistungsschalter, welcher einen derartigen Federwegschalter mit Nockenscheibe umfasst.
  • Ein gattungsgemäßer Federspeicherantrieb ist unter anderem aus der Patentanmeldung EP 0829892 A1 bekannt. Dabei setzt eine Speicherfeder über einen Druckkörper und einen in einem Speicherzylinder gleitend verschiebbaren Druckkolben ein in dem Speicherzylinder befindliches Fluid unter Druck. Mittels dieses Fluids wird eine Antriebsstange bewegt, welche an einem in einem Arbeitszylinder gleitend verschiebbaren Antriebskolben befestigt ist. Wird der Arbeitskolben mit der Arbeitsstange in eine erste Endstellung bewegt, so schließt er den Leistungsschalter. Wird der Arbeitskolben mit der Arbeitsstange in eine zweite Endstellung bewegt, so öffnet er den Leistungsschalter.
  • Der Bereich des Arbeitszylinders, in welchem sich die Arbeitsstange befindet, ist hydraulisch mit dem Speicherzylinder verbunden. Dort befindet sich also unter hohem Druck stehendes Fluid.
  • Wird der Bereich des Arbeitszylinders, welcher der Arbeitsstange abgewandt ist, hydraulisch mit dem Speicherzylinder verbunden, so wird das unter hohem Druck stehende Fluid in diesen Bereich des Arbeitszylinders geleitet und der Arbeitskolben wird in die erste Endstellung bewegt.
  • Wird der Bereich des Arbeitszylinders, welcher der Arbeitsstange abgewandt ist, hydraulisch mit einem Niederdrucktank verbunden, so wird das Fluid aus diesem Bereich des Arbeitszylinders in den Niederdrucktank geleitet und der Arbeitskolben wird in die zweite Endstellung bewegt.
  • Bei jedem Schaltzyklus, das heißt bei einer Bewegung des Arbeitskolbens in die erste Endstellung und zurück in die zweite Endstellung fließt somit eine bestimmte Menge Fluid aus dem Speicherzylinder in den Niederdrucktank. Dadurch verringert sich das Volumen in dem Speicherzylinder und die Speicherfeder drückt den Druckkolben tiefer in den Speicherzylinder hinein. Dabei dehnt sich die Speicherfeder weiter aus.
  • Der Federspeicherantrieb verfügt über einen Federwegschalter, welcher erkennt, wenn die Speicherfeder eine maximal zulässige Ausdehnung, welche im Folgenden als Einschaltausdehnung bezeichnet wird, erreicht hat. Der Federwegschalter schaltet dann eine Pumpe an, welche Fluid aus dem Niederdrucktank in den Speicherzylinder pumpt, wodurch die Speicherfeder wieder gespannt wird und wodurch sich ihre Ausdehnung verringert. Der Federwegschalter erkennt, wenn die Speicherfeder eine vorgegebene Ausdehnung, welche im Folgenden als Ausschaltausdehnung bezeichnet wird, erreicht hat und schaltet die Pumpe wieder ab.
  • Die Ausschaltausdehnung der Speicherfeder ist kleiner als die Einschaltausdehnung. Die Ausdehnung der Speicherfeder folgt also einer Hysterese, welche im Folgenden als Nachladehysterese bezeichnet wird.
  • Die Nachladehysterese wird durch den Federwegschalter gesteuert. Der Federwegschalter umfasst eine linear verschiebbare Zahnstange, welche an die Speicherfeder gekoppelt ist und welche über ein Zahnrad eine Nockenscheibe antreibt. Die Nockenscheibe umfasst einen ersten Umfangsbereich mit einem verhältnismäßig kleinen Radius und einen zweiten Umfangsbereich mit einem verhältnismäßig großen Radius. Zwischen dem ersten Umfangsbereich und dem zweiten Umfangsbereich befindet sich ein Flankenbereich, innerhalb welchem die Ausdehnung der Nockenscheibe in radialer Richtung annähernd linear vom Radius des ersten Umfangsbereichs bis zum Radius des zweiten Umfangsbereichs ansteigt. Die Nockenscheibe betätigt einen monostabilen Taster, welcher eine Schalthysterese aufweist und welcher über mindestens einen Schaltkontakt verfügt.
  • Erreicht die Speicherfeder die Einschaltausdehnung, so beaufschlagt der zweite Umfangsbereich den Taster. Der Taster wird hierdurch soweit gedrückt, dass der Schaltkontakt schließt, wodurch die Pumpe angeschaltet wird. Während die Speicherfeder nun gespannt wird, dreht sich die Nockenscheibe und zunächst beaufschlagt der Flankenbereich und anschließend der erste Umfangsbereich den Taster. Aufgrund der Schalthysterese des Tasters öffnet der Schaltkontakt erst, wenn der erste Umfangsbereich den Taster beaufschlagt und der Taster annähernd vollständig entlastet ist. Solange der Flankenbereich der Nockenscheibe den Taster beaufschlagt, bleibt der Schaltkontakt geschlossen. Wenn der erste Umfangsbereich der Nockenwelle den Taster beaufschlagt, so hat die Speicherfeder die Ausschaltausdehnung erreicht und der Schaltkontakt öffnet, wodurch die Pumpe abgeschaltet wird.
  • Dehnt sich die Speicherfeder während des Betriebs des Federspeicherantriebs aus, so dreht sich die Nockenscheibe in die entgegengesetzte Richtung und der Taster wird zunächst von dem Flankenbereich und anschließend von dem zweiten Umfangsbereich beaufschlagt. Aufgrund der Schalthysterese des Tasters schließt der Schaltkontakt erst, wenn der zweite Umfangsbereich den Taster beaufschlagt und die Einschaltausdehnung der Speicherfeder erreicht ist. Solange der Flankenbereich der Nockenscheibe den Taster beaufschlagt, bleibt der Schaltkontakt geöffnet.
  • Je größer die Nachladehysterese ist, umso mehr Fluid kann aus dem Speicherzylinder in den Niederdrucktank fließen bevor die Pumpe eingeschaltet wird. Aufgabe der Erfindung ist es das Schaltverhalten eines gattungsgemäßen hydraulischen Federspeicherantriebs zu verbessern und insbesondere die Nachladehysterese zu vergrößern sowie die Anzahl der erforderlichen Pumpzyklen zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Einsatz einem Federwegschalter mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
  • Die Nockenscheibe zur Betätigung eines eine Schalthysterese aufweisenden Tasters umfasst einen ersten Umfangsbereich mit wenigstens einer ersten radialen Ausdehnung und einen zweiten Umfangsbereich mit zumindest einer zweiten radialen Ausdehnung, wobei die wenigstens eine zweite radiale Ausdehnung größer ist als die wenigstens eine erste radiale Ausdehnung. In Umfangsrichtung zwischen dem ersten Umfangsbereich und dem zweiten Umfangsbereich ist ein dritter Umfangsbereich mit wenigstens einer dritten radialen Ausdehnung angeordnet, wobei die wenigstens eine dritte radiale Ausdehnung größer als die wenigstens eine erste radiale Ausdehnung und kleiner als die wenigstens eine zweite radiale Ausdehnung ist.
  • Solange ein Taster von dem dritten Umfangsbereich der Nockenscheibe beaufschlagt wird, verbleibt der Schaltkontakt des Tasters aufgrund der Schalthysterese in seiner zuvor eingenommenen Schaltposition. Erst beim Übergang auf den zweiten Umfangsbereich oder auf den ersten Umfangsbereich schaltet der Schaltkontakt idealerweise ein oder aus.
  • Die Nachladehysterese eines hydraulischen Federspeicherantriebs mit einem Federwegschalter mit einer solchen Nockenscheibe ist durch die Größe des dritten Umfangsbereichs einstellbar. Insbesondere ist die Nachladehysterese durch Wahl eines verhältnismäßig großen dritten Umfangsbereichs im Vergleich zu einer herkömmlichen Nockenscheibe vergrößerbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der dritte Umfangsbereich eine dritte radiale Ausdehnung auf, welche über den dritten Umfangsbereich annähernd konstant ist, das heißt der dritte Umfangsbereich ist näherungsweise als Kreissegment mit einem dritten Radius ausgebildet. Hierdurch ist die Herstellung der Nockenscheibe vorteilhaft vereinfachbar. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein Umfangsbereich, insbesondere der dritte Umfangsbereich, mehrere unterschiedliche radiale Ausdehnungen aufweist, wobei beispielsweise die jeweilige radiale Ausdehnung von einem Anfangswert zu einem Endwert in Umfangsrichtung hin ansteigen kann, insbesondere stetig ansteigen kann, und/oder der dritte Umfangsbereich mehrere Stufen, auch mit unterschiedlicher Stufenhöhe und/oder mit unterschiedlichen radialen Ausdehnungen aufweisen kann. Dabei ist auch vorteilhaft vorsehbar, dass der jeweilige Umfangsbereich gekrümmt ist, insbesondere kreis-, parabel- oder ellipsenförmig gekrümmt ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein erster Flankenbereich der Nockenscheibe, welcher in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Umfangsbereich und dem dritten Umfangsbereich angeordnet ist, verhältnismäßig klein ausgeführt und erstreckt sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von höchstens 10°, vorzugsweise 8°.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein zweiter Flankenbereich der Nockenscheibe, welcher in Umfangsrichtung zwischen dem zweiten Umfangsbereich und dem dritten Umfangsbereich angeordnet ist, verhältnismäßig klein ausgeführt und erstreckt sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von höchstens 10°, vorzugsweise 8°.
  • Der Vorteil einer derart ausgestalteten Nockenscheibe liegt insbesondere darin, dass die Nachladehysterese durch Wahl der Größe des Winkels des dritten Umfangsbereichs verhältnismäßig genau einstellbar ist. Die Schalthysterese des Tasters ist toleranzbehaftet. Der Schaltkontakt des Tasters schaltet unter realen Bedingungen bereits kurz vor dem Übergang von dem dritten Umfangsbereich auf den ersten Umfangsbereich sowie von dem dritten Umfangsbereich auf den zweiten Umfangsbereich. Die exakten Schaltpunkte des Tasters liegen innerhalb des ersten Flankenbereichs sowie innerhalb des zweiten Flankenbereichs. Aufgrund der Toleranz des Tasters sind die Schaltpunkte jedoch nicht beliebig genau bestimmbar.
  • Somit ist auch die Nachladehysterese toleranzbehaftet. Durch Verkleinerung der Ausdehnungen des ersten Flankenbereichs sowie des zweiten Flankenbereichs in Umfangsrichtung verkleinert sich somit auch die Toleranz der Nachladehysterese.
  • Ein erfindungsgemäßer Federwegschalter umfasst demnach eine erfindungsgemäße Nockenscheibe und einen eine Schalthysterese aufweisenden Taster mit mindestens einem Schaltkontakt. Der Taster wirkt dabei mit der Nockenscheibe derart zusammen, dass bei einer Beaufschlagung des Tasters durch den ersten Umfangsbereich der Nockenscheibe der Schaltkontakt eine erste Schaltposition einnimmt, und dass bei einer Beaufschlagung des Tasters durch den zweiten Umfangsbereich der Nockenscheibe der Schaltkontakt eine zweite Schaltposition einnimmt, und dass bei einer Beaufschlagung des Tasters durch den dritten Umfangsbereich der Nockenscheibe der Schaltkontakt die zuvor eingenommene Schaltposition beibehält. Beispielsweise ist der Schaltkontakt in der zweiten Schaltposition geschlossen und in der ersten Schaltposition geöffnet.
  • Die Nachladehysterese eines hydraulischen Federspeicherantriebs mit einem solchen Federwegschalter ist durch den Einsatz einer Nockenscheibe mit einem verhältnismäßig großen dritten Umfangsbereich vergrößerbar.
  • Ein erfindungsgemäßer hydraulischer Federspeicherantrieb für einen Hochspannungsleistungsschalter umfasst demnach eine Pumpe zur Förderung von Fluid aus einem Niederdrucktank in einen Hochdruckspeicher und eine Speicherfeder zur Druckerzeugung in dem Hochdruckspeicher sowie einen erfindungsgemäßen Federwegschalter. Der Federwegschalter wirkt derart mit der Speicherfeder zusammen, dass der Taster des Federwegschalters von dem ersten Umfangsbereich der Nockenscheibe beaufschlagt wird, wenn die Speicherfeder eine vorgegebene Ausschaltausdehnung erreicht hat, und dass der Taster des Federwegschalters von dem zweiten Umfangsbereich der Nockenscheibe beaufschlagt wird, wenn die Speicherfeder eine vorgegebene Einschaltausdehnung erreicht hat.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Nockenscheibe und
    Fig. 2
    eine Nockenscheibe im Zusammenwirken mit einem Taster.
  • In Fig. 1 ist eine Nockenscheibe 10 zum Einsatz in einem Federwegschalter dargestellt. Die Nockenscheibe 10 hat in dieser Darstellung annähernd die Form eines Vollkreises. Auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise in Form eines Halbkreises oder eines Viertelkreises, sind denkbar. Hierdurch ergibt sich eine Reduktion des Platzbedarfs in einem Federwegschalter, in welchem die Nockenscheibe zum Einsatz kommt.
  • Die Nockenscheibe 10 weist unter anderem einen ersten Umfangsbereich 14 mit einer ersten radialen Ausdehnung (erster Radius) 20, einen zweiten Umfangsbereich 16 mit einer zweiten radialen Ausdehnung (zweiter Radius) 22 und einen dritten Umfangsbereich 18 mit einer dritten radialen Ausdehnung (dritter Radius) 24 auf. Die zweite radiale Ausdehnung 22 ist dabei größer als die dritte radiale Ausdehnung 24, welche wiederum größer als die erste radiale Ausdehnung 20 ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der zweite Umfangsbereich 16 in radialer Richtung weiter ausgedehnt als der dritte Umfangsbereich 18 und der dritte Umfangsbereich 18 ist in radialer Richtung weiter ausgedehnt als der erste Umfangsbereich 14.
  • Der dritte Umfangsbereich 18 befindet sich in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Umfangsbereich 14 und dem zweiten Umfangsbereich 16 und erstreckt sich in diesem Beispiel in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 10°. Selbstverständlich sind auch andere Ausdehnungen/Erstreckungen des dritten Umfangsbereichs 18 in Umfangsrichtung denkbar. Insbesondere haben sich Ausdehnungen/Erstreckungen des dritten Umfangsbereichs 18 über Winkel von etwa 5° bis etwa 20° als besonders praktikabel für den Einsatz in einem Federwegschalter für einen hydraulischen Federspeicherantrieb erwiesen.
  • Die dritte radiale Ausdehnung (dritter Radius) 24 des dritten Umfangsbereichs 18 ist annähernd konstant und beträgt in diesem Beispiel etwa 22 mm. Die erste radiale Ausdehnung (erster Radius) 20 ist ebenfalls konstant und beträgt hier etwa 20 mm. Auch die zweite radiale Ausdehnung (zweiter Radius) 22 ist konstant und beträgt hier etwa 24 mm. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Zahlenwerte für die genannten radialen Ausdehnungen denkbar sind.
  • In Umfangsrichtung zwischen dem ersten Umfangsbereich 14 und dem dritten Umfangsbereich 18 befindet sich ein erster Flankenbereich 26. Die Ausdehnung des ersten Flankenbereichs 26 wächst dabei in radialer Richtung von der Größe der ersten radialen Ausdehnung 20 bis zu der Größe der dritten radialen Ausdehnung 24 an. Die Ausdehnung des ersten Flankenbereichs 26 in Umfangsrichtung ist dabei möglichst klein gewählt und erstreckt sich in diesem Beispiel über einen Winkel von etwa 8°. Ist die Ausdehnung des ersten Flankenbereichs 26 in Umfangsrichtung jedoch zu klein gewählt, so nimmt der erste Flankenbereich 26 einen mit der Nockenscheibe 10 zusammenwirkenden Taster beim Übergang von dem ersten Umfangsbereich 14 auf den dritten Umfangsbereich 18 in Umfangsrichtung mit, anstatt den Taster in radialer Richtung zu drücken. Eine Ausdehnung des ersten Flankenbereichs 26 in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 8° hat sich als besonders praktikabel für den Einsatz in einem Federwegschalter für einen hydraulischen Federspeicherantrieb erwiesen.
  • Entsprechend befindet sich in Umfangsrichtung zwischen dem zweiten Umfangsbereich 16 und dem dritten Umfangsbereich 18 ein zweiter Flankenbereich 28. Die Ausdehnung des zweiten Flankenbereichs 28 fällt dabei in radialer Richtung von der Größe der zweiten radialen Ausdehnung 22 bis zu der Größe der dritten radialen Ausdehnung 24 ab. Die Ausdehnung des zweiten Flankenbereichs 28 in Umfangsrichtung ist dabei ebenfalls möglichst klein gewählt und erstreckt sich in diesem Beispiel über einen Winkel von etwa 8°. Ist die Ausdehnung des zweiten Flankenbereichs 28 in Umfangsrichtung jedoch zu klein gewählt, so nimmt der zweite Flankenbereich 28 einen mit der Nockenscheibe 10 zusammenwirkenden Taster beim Übergang von dem dritten Umfangsbereich 18 auf den zweiten Umfangsbereich 16 in Umfangsrichtung mit, anstatt den Taster in radialer Richtung zu drücken. Eine Ausdehnung des zweiten Flankenbereichs 28 in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 8° hat sich als besonders praktikabel für den Einsatz in einem Federwegschalter für einen hydraulischen Federspeicherantrieb erwiesen.
  • In Fig. 2 ist eine Nockenscheibe 10 im Zusammenwirken mit einem Taster 12 zum Einsatz in einem Federwegschalter dargestellt. Der Taster 12 umfasst einen schematisch dargestellten Schaltkontakt 30, welcher zwei Schaltpositionen einnehmen kann. In einer ersten Schaltposition ist der Schaltkontakt 30 geöffnet, in einer zweiten Schaltposition ist der Schaltkontakt 30 geschlossen.
  • In der gezeigten Darstellung beaufschlagt der erste Umfangsbereich 14 der Nockenscheibe 10 den Taster 12. Der Schaltkontakt 30 nimmt die erste Schaltposition ein und ist geöffnet. Eine hier nicht dargestellte Speicherfeder eines hydraulischen Federspeicherantriebs hat eine vorgegebene Ausschaltausdehnung erreicht und eine hier ebenfalls nicht dargestellte Pumpe ist abgeschaltet.
  • Im Betrieb des Federspeicherantriebs dehnt sich die Speicherfeder aus und treibt über eine hier nicht dargestellte Zahnstange und ein ebenfalls nicht dargestelltes Zahnrad die Nockenscheibe 10 an, wodurch sich diese in eine zweite Drehrichtung 2 dreht.
  • Nach einer Drehung der Nockenscheibe um einen Winkel von etwa 8°, was der Ausdehnung des ersten Flankenbereichs 26 in Umfangsrichtung entspricht, beaufschlagt der dritte Umfangsbereich 18 den Taster 12. Der Taster 12 ist um etwa 2 mm, was der Differenz aus der dritten radialen Ausdehnung 24 und der ersten radialen Ausdehnung 20 entspricht, gedrückt. Aufgrund der Schalthysterese des Tasters 12 bleibt der Schaltkontakt 30 geöffnet.
  • Nach einer Drehung der Nockenscheibe um einen Winkel von etwa 26°, was der gemeinsamen Ausdehnung des ersten Flankenbereichs 26 und des dritten Umfangsbereichs 18 und des zweiten Flankenbereichs 28 in Umfangsrichtung entspricht, beaufschlagt der zweite Umfangsbereich 16 den Taster 12. Der Taster 12 ist um etwa 4 mm, was der Differenz aus der zweiten radialen Ausdehnung 22 und der ersten radialen Ausdehnung 20 entspricht, gedrückt. In dieser Position hat die Speicherfeder eine vorgegebene Einschaltausdehnung erreicht und der Schaltkontakt 30 des Tasters 12 schließt und schaltet damit die Pumpe ein.
  • Die Speicherfeder wird nun gespannt und treibt über die Zahnstange und das Zahnrad die Nockenscheibe 10 an, wodurch sich diese in eine erste Drehrichtung 1 dreht. Der Taster 12 wird nun nacheinander von dem zweiten Flankenbereich 28, dem dritten Umfangsbereich 18 und dem ersten Flankenbereich 26 beaufschlagt. Aufgrund der Schalthysterese des Tasters 12 bleibt der Schaltkontakt 30 während dieser Zeit geschlossen.
  • Wenn der Taster 12 von dem ersten Umfangsbereich 14 beaufschlagt wird, hat die Speicherfeder eine vorgegebene Ausschaltausdehnung erreicht und der Schaltkontakt 30 des Tasters 12 öffnet und schaltet damit die Pumpe aus.
  • Eine Beaufschlagung des Tasters durch einen Teil der Nockenscheibe ist beispielsweise eine direkte Berührung des Tasters durch diesen Teil der Nockenscheibe. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen dem Taster und der Nockenscheibe eine Schutzhaube, ein zusätzlicher Tastkopf oder ähnliches angeordnet ist, so dass die Nockenscheibe den Taster nicht direkt berührt. Auch in diesen Fällen erfolgt eine Beaufschlagung des Tasters durch die Nockenscheibe.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Drehrichtung
    2
    zweite Drehrichtung
    10
    Nockenscheibe
    12
    Taster
    14
    erster Umfangsbereich
    16
    zweiter Umfangsbereich
    18
    dritter Umfangsbereich
    20
    erste radiale Ausdehnung
    22
    zweite radiale Ausdehnung
    24
    dritte radiale Ausdehnung
    26
    erster Flankenbereich
    28
    zweiter Flankenbereich
    30
    Schaltkontakt

Claims (8)

  1. Federwegschalter dadurch gekennzeichnet, dass er einen eine Schalthysterese aufweisenden Taster (12) mit mindestens einem Schaltkontakt (30), und eine Nockenscheibe (10) mit
    - einen ersten Umfangsbereich (14) mit wenigstens einer ersten radialen Ausdehnung (20),
    - einen zweiten Umfangsbereich (16) mit wenigstens einer zweiten radialen Ausdehnung (22), wobei die wenigstens zweite radiale Ausdehnung (22) größer ist als die wenigstens eine erste radiale Ausdehnung (20),
    - einen dritten Umfangsbereich (18) mit wenigstens einer dritten radialen Ausdehnung (24) in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Umfangsbereich (14) und dem zweiten Umfangsbereich (16), umfasst, wobei
    die wenigstens eine dritte radiale Ausdehnung (24) größer als die wenigstens eine erste radiale Ausdehnung (20) und kleiner als die wenigstens eine zweite radiale Ausdehnung (22) ist, und wobei
    der Taster (12) mit der Nockenscheibe (10) derart zusammenwirkt, dass bei einer Beaufschlagung des Tasters (12) durch den ersten Umfangsbereich (14) der Schaltkontakt (30) eine erste Schaltposition einnimmt, und dass bei einer Beaufschlagung des Tasters (12) durch den zweiten Umfangsbereich (16) der Schaltkontakt (30) eine zweite Schaltposition einnimmt, und dass bei einer Beaufschlagung des Tasters (12) durch den dritten Umfangsbereich (18) der Schaltkontakt (30) die zuvor eingenommene Schaltposition beibehält.
  2. Hydraulischer Federspeicherantrieb für einen Hochspannungsleistungsschalter, umfassend eine Speicherfeder zur Druckerzeugung in einem Hochdruckspeicher sowie einen Federwegschalter nach Anspruch 1, welcher derart mit der Speicherfeder zusammen wirkt, dass der erste Umfangsbereich (14) der Nockenscheibe (10) den Taster (12) des Federwegschalters beaufschlagt, wenn die Speicherfeder eine vorgegebene Ausschaltausdehnung erreicht hat, und dass der zweite Umfangsbereich (16) der Nockenscheibe (10) den Taster (12) des Federwegschalters beaufschlagt, wenn die Speicherfeder eine vorgegebene Einschaltausdehnung erreicht hat.
  3. Hydraulischer Federspeicherantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkontakt (30) des Tasters (12) in der zweiten Schaltposition eine Pumpe zur Förderung von Fluid aus einem Niederdrucktank in den Hochdruckspeicher anschaltet und dass der Schaltkontakt (30) des Tasters (12) in der ersten Schaltposition die Pumpe abschaltet.
  4. Federwegschalter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die dritte radiale Ausdehnung (24) über den dritten Umfangsbereich (18) annähernd konstant ist.
  5. Federwegschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Umfangsbereich (18) sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von mindestens 5° erstreckt.
  6. Federwegschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Umfangsbereich (18) sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von 5° bis 20°, vorzugsweise 10°, erstreckt.
  7. Federwegschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Flankenbereich (26), welcher in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Umfangsbereich (14) und dem dritten Umfangsbereich (18) angeordnet ist, sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von höchstens 10°, vorzugsweise 8°, erstreckt.
  8. Federwegschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Flankenbereich (28), welcher in Umfangsrichtung zwischen dem zweiten Umfangsbereich (16) und dem dritten Umfangsbereich (18) angeordnet ist, sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von höchstens 10°, vorzugsweise 8°, erstreckt.
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