EP2394286B1 - Auslösevorrichtung, insbesondere für leistungsschalter - Google Patents
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- EP2394286B1 EP2394286B1 EP10706133.5A EP10706133A EP2394286B1 EP 2394286 B1 EP2394286 B1 EP 2394286B1 EP 10706133 A EP10706133 A EP 10706133A EP 2394286 B1 EP2394286 B1 EP 2394286B1
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Definitions
- the invention relates to a tripping device, in particular for circuit breaker, which is at least one controllable trigger magnet with armature, which is in operative connection to a downstream trigger pawl, which is in engagement with a force acting on the circuit breaker tripping mechanism, which is coupled to a pretensioned spring serving as a power amplifier , having.
- a triggering device having the features according to the preamble of claim 1 is of the Japanese type JP 02 719 436 B known.
- Such power-operated tripping devices are used for the actuation of circuit breakers.
- the circuit-breakers designed for high currents can not only switch operating currents and low overload currents, but also switch on high overload currents and short-circuit currents in the event of errors, hold these fault currents for a predetermined time and then switch them off again.
- the overload current refers to the weakest link of the downstream of the circuit breaker, as seen in the direction of energy flow. In order to protect such downstream systems from damage due to overload or short circuit, the circuit breaker should switch off these currents in conjunction with the network protection devices within a defined time.
- the spring forces respectively the reinforcing spring and the magnetic spring, must be increased significantly.
- this is associated with a magnet with higher power requirements, which increases the manufacturing cost of such a triggering mechanism sensitive.
- these measures require a larger space, which is usually not available.
- the object of the invention now is to propose a tripping device, in particular for circuit breakers, with which the necessary actuating operations or switching functions can be realized with only small forces within the required switching time.
- adjusting operations are in the context of the invention essentially the adjusting process of triggering a switching mechanism by means of the switch lever, the operation of an auxiliary switch preferably using an auxiliary switch pins, the return movement of the trip latch and the provision of the armature of the release provided, the time-critical main function, the triggering of Switch lock, first and at maximum speed expires.
- To trigger the switching mechanism is thus the full spring force available, which allows higher switching forces and leads to shorter switching times.
- Trigger the individual actuating operations, switching mechanism, actuate the auxiliary switch, return the tripping latch and the return of the armature are preferably offset in time. All adjusting operations preferably take place at least partially successively in time, ie sequentially, with a safety period lying between the end of a setting process and the beginning of a subsequent setting process. As a result, the energy transmitted to the camshaft by the spring concentrates on the actuation (s) performed at that time.
- the decisive advantage of this invention is therefore that the tripping time of the main function, the triggering of a switching mechanism, compared to previously known solutions can be significantly shortened.
- the tripping device according to the invention makes better use of the energy of the spring force accumulator and thus requires less electric tripping energy.
- the actuating means can perform a linear or rotary adjusting movement.
- at least three actuating means are provided, of which a first actuating means as a switch lock lever rotatory adjusting movement, a second actuating means as Hilfsschalterpin a linear actuating movement and a third actuating means as a triggering pawl performs a rotary actuator movement.
- a shift lever first actuating means on a curve contour which is designed such that after taking the end position of the switch lever at a conditional by the spring force further rotational movement of the camshaft, the cam lever associated cam slides along the curve contour, wherein the angle of rotation of the camshaft significantly increased without changing the final position of the switch lever. Because of the design of the rotation angle of the shaft is defined for triggering the switching mechanism via its switch lock lever, the rotation angle of the shaft must be increased to allow the other functions to run afterwards.
- the return movement of the release pawl and the concomitant, but staggered return movement of the armature of the release magnet done only after taking the final position of the switch latch lever.
- the movement of the camshaft is transmitted using a coupling gear to the switching mechanism or its switch lock lever.
- the angle between the two spring suspensions and the pivot point of the camshaft according to the invention is chosen so that the spring work at a given angle of rotation of the camshaft is maximum.
- Another practice-relevant solution further consists in that at least two triggering mechanisms are provided, which in the direction of action of force one behind the other, d. H. cascaded, are arranged.
- the triggering pawl and a locking cam each have contours formed according to the principle of stitch point displacement, as a result of which the triggering pawl can be moved with reduced force and the latched camshaft is released more quickly.
- FIGS. 1 to 3 show a perspective view of one and the same tripping device 1, in particular for circuit breaker, in the starting position, in the intermediate position, and in the end position.
- the tripping device 1 according to the invention comprises a controllable triggering magnet 2 with armature 2.1, which is in operative connection with a downstream triggering pawl 6.3, which engages with a tripping mechanism acting on the power switch, which is coupled to a pretensioned spring 4 serving as a power amplifier.
- a trigger mechanism a camshaft 5 with a plurality of cams 5.1, 5.2, 5.4 is provided.
- Each placed on the camshaft 5 angle offset cam 5.1, 5.2 and 5.4 is associated with an actuating means 6, wherein in the triggering case at least two the respective actuating means 6.1, 6.2, 6.3 associated actuating processes run sequentially in time, so that on at least one of these actuating means 6.1, 6.2, 6.3 to complete the associated actuating operation, the full spring force is transmitted via the camshaft 5.
- the camshaft 5 comprises three cams 5.1, 5.2 and 5.4.
- the first cam 5.1 is in this case assigned to a first actuating means 6 designed as a switching mechanism lever 6.1.
- the rotatably mounted switch lock lever 6.1 according to the invention has a curve contour 3, whose function will be explained in more detail later.
- the switch lever 6.1 By means of the switch lever 6.1, the switching mechanism of a circuit breaker, not shown, is mechanically actuated or triggered.
- the camshaft 5, the tripping 6.3, the auxiliary switch 6.2 and the trigger magnet 2 are in a not shown Housing stored.
- the acting on the camshaft 5 and serving as a power amplifier spring 4 is also suspended in this housing. This spring 4 is biased in the initial state.
- the armature 2.1 of the controllable release magnet 2 is in operative connection with the tripping latch 6.3, which releases a further arranged on the camshaft 5 locking cam 5.3 at extended anchor 2.1, so that the spring 4 can put the camshaft 5 in a rotary motion.
- the operation of the tripping device 1 according to the invention is the following: In the starting position according to Fig. 1 is the trigger magnet 2 and its coils are energized.
- the armature 2.1 is located completely within the release magnet 2.
- the two legs comprehensive release latch 6.3 abuts with one of its two legs on the front side of the armature 2.1.
- a Mit technicallyocke 5.4 is arranged next to the locking cam 5.3.
- the trigger magnet 2 is energized and the armature 2.1 moves axially outward. At this time, both the tripping 6.3 and the camshaft 5 remain in their original position.
- the tripping latch 6.3 is set in rotation and releases the locking cam 5.3 of the camshaft 5 after rotation by a few degrees so that the camshaft 5 is set in rotation by the pretensioned spring 4.
- the switch lock lever 6.1 is brought in continuous rotational movement of the camshaft 5 in its final position, which is achieved in the example shown by turning to the right by a defined angle.
- the first cam 5.1 runs along the curve contour 3 of the switch lever 6.1.
- the cam 5.2 associated with the auxiliary switch pin 5.2 of the camshaft 5 reaches the auxiliary switch pin 6.2, moves it and does not actuate one illustrated auxiliary switch.
- the provision of the release latch 6.3 and the associated provision of the armature 2.1 of the release magnet begins. 2
- FIGS. 4 and 5 show the way or the angle of rotation of the actuators as a function of time.
- the Fig. 4 depicts the positioning processes of the prior art; the Fig. 5 the corresponding actuating operations in the tripping device according to the invention 1.
- increases according to Fig. 4 In the case of the armature movement and the actuating movement of the tripping latch 6.3, the path is initially progressive over time.
- the actuation triggering a switching mechanism and pressing an auxiliary switch.
- the provision of the release latch 6.3 and the associated return of the armature 2.1 of the release magnet 2 takes place.
- the provided for driving the trigger mechanism spring 4 is during the rotational movement of the camshaft 5 from their spring energy and distributes these at the same time to all three or four actuating operations, connected to the disadvantages mentioned above.
- the Fig. 6 shows a comparative diagram of the utilized spring energy according to the prior art and the tripping device 1 according to the invention under given boundary conditions.
- the spring energy is plotted against the angle of rotation of the camshaft 5.
- the rotation angle of the trigger shaft is smaller than the rotation angle of the camshaft according to the invention 5. This is associated with the angle of rotation associated, used spring energy, which is lower in the trip shaft of the known solutions than in the camshaft 5 of the inventive solution ,
- the inventive added value corresponds to the available delta ⁇ E of the usable spring energy.
- the different angles of rotation of the camshaft 5 according to the invention with respect to the conventional triggering shaft mean that in the invention on the one hand the existing Spring energy can be used more efficiently and on the other hand that the adjustment process of triggering the switching mechanism 6.1 starts both at an earlier date and completed faster.
- the triggering device 1 is reset only after the switch lock lever 6.1 has taken its final position.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung, insbesondere für Leistungsschalter, die zumindest einen steuerbaren Auslösemagneten mit Anker, der in Wirkverbindung zu einer nachgeordneten Auslöseklinke steht, welche mit einer auf den Leistungsschalter wirkenden Auslösemechanik, die mit einer als Kraftverstärker dienenden vorgespannten Feder gekoppelt ist, in Eingriff steht, aufweist. Eine Auslösevorrichtung, die die Merkmale gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus der japanischen Schrift
JP 02 719 436 B - Derartige Auslösevorrichtungen mit Kraftverstärkung finden Anwendung zur Betätigung von Leistungsschaltern. Die für hohe Ströme ausgelegten Leistungsschalter können nicht nur Betriebsströme und geringe Überlastströme schalten, sondern auch bei Fehlern hohe Überlastströme und Kurzschlussströme einschalten, diese Fehlerströme eine vorgegebene Zeit halten und wieder ausschalten. Der Überlaststrom bezieht sich auf das schwächste Glied der, in Energieflussrichtung gesehen, dem Leistungsschalter nachgeordneten Anlage. Um solche nachgeordneten Anlagen vor Schäden durch Überlast oder Kurzschluss zu schützen, soll der Leistungsschalter diese Ströme in Verbindung mit den Einrichtungen des Netzschutzes in einer definierten Zeit ausschalten.
- Beim Einschalten des Leistungsschalters wird Energie in einem Speicher, z.B. einer Feder, gespeichert. Um diese Energie im Fehlerfall schnell freisetzen und damit die Kontakte des Schalters öffnen zu können, wird ein sehr schnell arbeitender Auslösemechanismus benötigt.
- Als Magnetauslöser mit Kraftverstärkung ist hierzu aus dem Stand der Technik ein Mechanismus vorbekannt, der im Leistungsschalter SUSOL 250A (LS Industrial Systems) eingesetzt wird. Zur Anwendung kommt hier das Basisprinzip Magnet-Klinke-Auslösewelle mit Magnetrückstellung. Der Auslösemagnet bewegt beim Auslösen mit geringer Kraft eine Auslöseklinke. Diese gibt einen Hebel bzw. Welle frei, die mit einer stärkeren, als Kraftverstärker dienenden Feder vorgespannt ist. Die Welle beginnt sich zu drehen und löst gleichzeitig alle zu realisierenden Stellvorgänge aus, nämlich das Schaltschloss auslösen, den Hilfsschalter drücken und den Auslösemagnet zurückstellen. Da diese Stellvorgänge gleichzeitig ablaufen, wird die Energie der Feder auf alle Zielfunktionen verteilt. Bei jedem einzelnen Stellvorgang werden Massen beschleunigt sowie Reib- und Gegenkräfte überwunden. Für jeden Stellvorgang steht also nur ein Teil der gerade wirksamen Federkraft zur Verfügung. Die Stellvorgänge laufen deshalb relativ langsam ab. Eine kurze Auslösezeit ist jedoch unabdingbar zum schnellen Schalten und zum Schutz der Anlage vor zu großen Strömen.
- Zur Erzielung einer kurzen Auslösezeit müssen die Federkräfte, respektive die der Verstärkungsfeder und die der Magnetfeder, signifikant erhöht werden. Dies geht jedoch mit einem Magneten mit höherem Leistungsbedarf einher, was die Herstellungskosten eines derartigen Auslösemechanismus empfindlich erhöht. Zudem erfordern diese Maßnahmen einen größeren Bauraum, der üblicherweise nicht zur Verfügung steht.
- Mit den aus dem Stand der Technik vorbekannten Lösungen lassen sich die Schaltzeiten, die bei zeitgemäßen Leistungsschaltern gefordert werden, teilweise nicht mehr erreichen. Gleichzeitig werden energiearme Aktoren zum Betätigen der Auslöseklinke gefordert, wodurch auch die Federkräfte begrenzt sind.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Auslösevorrichtung, insbesondere für Leistungsschalter vorzuschlagen, mit der die notwendigen Stellvorgänge bzw. Schaltfunktionen mit nur geringen Kräften innerhalb der geforderten Schaltzeit realisiert werden können.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Auslösevorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
- Als Stellvorgänge sind im Sinne der Erfindung im Wesentlichen der Stellvorgang des Auslösens eines Schaltschlosses mittels dessen Schaltschlosshebels, das Betätigen eines Hilfsschalters vorzugsweise unter Verwendung eines Hilfsschalterpins, die Rückstellbewegung der Auslöseklinke und die Rückstellung des Ankers des Auslösemagneten vorgesehen, wobei die zeitkritische Hauptfunktion, das Auslösen des Schaltschlosses, zuerst und mit maximaler Geschwindigkeit abläuft. Zum Auslösen des Schaltschlosses steht damit die volle Federkraft zur Verfügung, was höhere Schaltkräfte erlaubt und zu kürzeren Schaltzeiten führt.
- Die einzelnen Stellvorgänge, Schaltschloss auslösen, Hilfsschalter betätigen, Rückstellung der Auslöseklinke und die Rückstellung des Ankers verlaufen vorzugsweise zeitlich versetzt. Alle Stellvorgänge laufen bevorzugt zumindest partiell zeitlich nacheinander, d. h. sequentiell, ab, wobei zwischen dem Ende eines Stellvorgangs und dem Beginn eines darauf folgenden Stellvorgangs eine Sicherheitszeitspanne liegt. Dadurch konzentriert sich die von der Feder auf die Nockenwelle übertragene Energie auf den/die zur entsprechenden Zeit ausgeführten Stellvorgäng(e).
- Der entscheidende Vorteil dieser Erfindung besteht also darin, dass die Auslösezeit der Hauptfunktion, das Auslösen eines Schaltschlosses, gegenüber vorbekannten Lösungen signifikant verkürzt werden kann. Die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung nutzt die Energie des Federkraftspeichers besser aus und erfordert dadurch weniger elektrische Auslöseenergie.
- Die Betätigungsmittel können eine lineare oder rotatorische Stellbewegung ausführen. Nach der Konzeption der Erfindung sind zumindest drei Betätigungsmittel vorgesehen, von denen ein erstes Betätigungsmittel als Schaltschlosshebel eine rotatorische Stellbewegung, ein zweites Betätigungsmittel als Hilfsschalterpin eine lineare Stellbewegung und ein drittes Betätigungsmittel als Auslöseklinke eine rotatorische Stellbewegung ausführt.
- Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das als Schaltschlosshebel ausgebildete erste Betätigungsmittel eine Kurvenkontur auf, die derart ausgebildet ist, dass nach Einnahme der Endposition des Schaltschlosshebels bei einer durch die Federkraft bedingten weiteren Drehbewegung der Nockenwelle die dem Schaltschlosshebel zugeordnete Nocke entlang der Kurvenkontur gleitet, wobei sich der Drehwinkel der Nockenwelle deutlich erhöht ohne dass sich die Endposition des Schaltschlosshebels verändert. Weil konstruktionsbedingt der Drehwinkel der Welle zum Auslösen des Schaltschlosses über seinen Schaltschlosshebel definiert ist, muss der Drehwinkel der Welle erhöht werden, um die anderen Funktionen danach ablaufen zu lassen.
- Durch den erhöhten Drehwinkel der Nockenwelle wird der nutzbare Federweg der Feder erhöht und die Energieausbeute bei gegebener Maximalkraft steigt stark an, beispielsweise auf das Doppelte.
- Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgen erst nach Einnahme der Endposition des Schaltschlosshebels die Rückstellbewegung der Auslöseklinke und der damit einhergehenden, jedoch zeitlich versetzten Rückstellbewegung des Ankers des Auslösemagneten.
- Um kürzere Schaltzeiten zu erzielen, hat das als Schaltschlosshebel ausgebildete erste Betätigungsmittel seinen Stellvorgang zunächst vollständig abgeschlossen, bevor weitere Stellvorgänge durch die Nocken der Nockenwelle ausgelöst werden.
- Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Bewegung der Nockenwelle unter Verwendung eines Koppelgetriebes zum Schaltschloss bzw. dessen Schaltschlosshebel übertragen.
- Der Winkel zwischen den beiden Federaufhängungen und dem Drehpunkt der Nockenwelle ist erfindungsgemäß so gewählt, dass die Federarbeit bei gegebenem Drehwinkel der Nockenwelle maximal wird.
- Eine weitere praxisrelevante Lösung besteht ferner darin, dass zumindest zwei Auslösemechaniken vorgesehen sind, die in Kraftwirkungsrichtung hintereinander, d. h. kaskadenartig, angeordnet sind.
- Erfindungswesentlich ist zudem, dass die Auslöseklinke und eine Sperrnocke jeweils nach dem Prinzip der Stichpunktversetzung ausgebildeten Konturen aufweisen, wodurch die Auslöseklinke mit reduziertem Kraftaufwand bewegt werden kann und die verklinkte Nockenwelle schneller freigegeben wird.
- Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
- ▪ im Auslösefall laufen die den jeweiligen Betätigungsmitteln zugeordneten Stellvorgänge zeitlich versetzt ab, so dass auf jedes dieser Betätigungsmittel zum Absolvieren des zugehörigen Stellvorgangs jeweils die vollständige Federkraft über die Nockenwelle übertragen wird,
- ▪ als Stellvorgänge sind das Auslösen des Schaltschlosses, das Betätigen des Hilfsschalters, die Rückstellbewegung der Auslöseklinke und die Rückstellung des Ankers des Auslösemagneten vorgesehen, wobei die zeitkritische Hauptfunktion, das Auslösen des Schaltschlosses, zuerst und mit maximaler Geschwindigkeit abläuft,
- ▪ dadurch, dass das Auslösen des Schaltschlosses als zeitkritischster Stellvorgang zuerst ausgeführt wird, kann die Auslösezeit gegenüber den aus dem Stand der Technik vorbekannten Lösungen deutlich verkürzt werden,
- ▪ eine kürzere Auslösezeit ist ein entscheidender Vorteil bei der Schalterkonstruktion und trägt zur Entwicklung kleinerer und preiswerter Leistungsschalter bei gleichen Schaltströmen bei,
- ▪ der Schaltschlosshebel des Schaltschlosses weist eine Kurvenkontur auf, die derart ausgebildet ist, dass nach Einnahme der Endposition des Schaltschlosshebels bei einer durch die Federkraft bedingten weiteren Drehbewegung der Nockenwelle die dem Schaltschlosshebel zugeordnete Nocke entlang der Kurvenkontur gleitet, wobei sich der Drehwinkel der Nockenwelle und auch der Federweg der Feder deutlich erhöht, wodurch mehr Energie aus der Feder gewonnen werden kann.
- ▪ die Drehwinkelerhöhung ermöglicht eine effizientere Nutzung der Federenergie und ermöglicht den Einsatz von schwächeren, energieärmeren Auslösemagneten,
- ▪ die Stichpunktversetzung an der Auslöseklinke und an der Sperrnocke erlauben den Einsatz schwächerer, energieärmerer Auslösemagnete und erhöhen zudem die Auslösegeschwindigkeit,
- ▪ durch die kleineren zu schaltenden Kräfte verringert sich die benötigte elektrische Auslöseenergie, was besonders vorteilhaft für elektronische Auslöser ist, die ihren Energiebedarf über die Stromwandler der Messelektronik abdecken,
- ▪ der Bauraum der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung wird durch die Nockenwelle nur unwesentlich erhöht.
- Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
- Fig. 1:
- eine perspektivische Darstellung der Auslösevorrichtung in der Ausgangsposition,
- Fig. 2:
- eine perspektivische Darstellung der Auslösevorrichtung in der Zwischenposition,
- Fig. 3:
- eine perspektivische Darstellung der Auslösevorrichtung in der Endposition,
- Fig. 4:
- ein Diagramm zur Darstellung des Weges bzw. Drehwinkels in Abhängigkeit von der Zeit aller Stellvorgänge beim Stand der Technik,
- Fig. 5:
- ein Diagramm zur Darstellung des Weges bzw. Drehwinkels in Abhängigkeit von der Zeit aller Stellvorgänge bei der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung und
- Fig. 6
- eine vergleichende Diagrammdarstellung der genutzten Federenergie beim Stand der Technik und bei der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung.
- Die
Figuren 1 bis 3 zeigen eine perspektivische Darstellung ein und derselben Auslösevorrichtung 1, insbesondere für Leistungsschalter, in der Ausgangsposition, in der Zwischenposition, und in der Endposition. Die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung 1 umfasst einen steuerbaren Auslösemagneten 2 mit Anker 2.1, der in Wirkverbindung zu einer nachgeordneten Auslöseklinke 6.3 steht, welche mit einer auf den Leistungsschalter wirkenden Auslösemechanik, die mit einer als Kraftverstärker dienenden, vorgespannten Feder 4 gekoppelt ist, in Eingriff steht. Als Auslösemechanik ist erfindungsgemäß eine Nockenwelle 5 mit mehreren Nocken 5.1, 5.2, 5.4 vorgesehen. Jeder auf der Nockenwelle 5 platzierten drehwinkelversetzten Nocken 5.1, 5.2 und 5.4 ist jeweils ein Betätigungsmittel 6 zugeordnet, wobei im Auslösefall zumindest zwei den jeweiligen Betätigungsmitteln 6.1, 6.2, 6.3 zugeordnete Stellvorgänge zeitlich nacheinander ablaufen, so dass auf zumindest eines dieser Betätigungsmittel 6.1, 6.2, 6.3 zum Absolvieren des zugehörigen Stellvorgangs die vollständige Federkraft über die Nockenwelle 5 übertragen wird. Im dargestellten Beispiel umfasst die Nockenwelle 5 drei Nocken 5.1, 5.2 und 5.4. Die erste Nocke 5.1 ist hierbei einem als Schaltschlosshebel 6.1 ausgebildeten ersten Betätigungsmittel 6 zugeordnet. Der drehbar gelagerte Schaltschlosshebel 6.1 weist erfindungsgemäß eine Kurvenkontur 3 auf, deren Funktion an späterer Stelle noch ausführlich erläutert wird. Mittels des Schaltschlosshebels 6.1 wird das Schaltschloss eines nicht dargestellten Leistungsschalters mechanisch betätigt bzw. ausgelöst. Die Nockenwelle 5, die Auslöseklinke 6.3, der Hilfsschalterpin 6.2 und der Auslösemagnet 2 sind in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert. Die an der Nockenwelle 5 angreifende und als Kraftverstärker dienende Feder 4 wird ebenfalls in diesem Gehäuse aufgehängt. Diese Feder 4 ist im Ausgangszustand vorgespannt. Der Anker 2.1 des steuerbaren Auslösemagneten 2 steht in Wirkverbindung mit der Auslöseklinke 6.3, welche bei ausgefahrenem Anker 2.1 eine weitere an der Nockenwelle 5 angeordnete Sperrnocke 5.3 freigibt, sodass die Feder 4 die Nockenwelle 5 in eine Drehbewegung versetzen kann. - Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung 1 ist folgende: In der Ausgangsposition gemäß
Fig. 1 ist der Auslösemagnet 2 bzw. sind dessen Spulen unbestromt. Der Anker 2.1 befindet sich vollständig innerhalb des Auslösemagneten 2. Die zwei Schenkel umfassende Auslöseklinke 6.3 liegt mit einem ihrer beiden Schenkel an der Stirnseite des Ankers 2.1 an. Ferner ist eine Mitnehmernocke 5.4 neben der Sperrnocke 5.3 angeordnet. Zur Einnahme der Zwischenposition gemäßFig. 2 wird der Auslösemagnet 2 bestromt und der Anker 2.1 bewegt sich axial nach außen. Zu diesem Zeitpunkt verharren sowohl die Auslöseklinke 6.3 als auch die Nockenwelle 5 noch in ihrer Ausgangsposition. Unmittelbar danach wird die Auslöseklinke 6.3 in Rotation versetzt und gibt nach Drehung um wenige Grad die Sperrnocke 5.3 der Nockenwelle 5 frei, sodass die Nockenwelle 5 durch die vorgespannte Feder 4 in Rotation versetzt wird. Im Anschluss daran erfolgt die erste und wichtigste Stellbewegung der Auslösevorrichtung 1, indem die erste Nocke 5.1 den Schaltschlosshebel 6.1 in eine Drehbewegung versetzt. Weitere Stellbewegungen werden zu diesem Zeitpunkt nicht ausgeführt. Die gesamte zu diesem Zeitpunkt wirkende Federkraft steht damit für diese erste Stellbewegung zur Verfügung. Der Schaltschlosshebel 6.1 wird bei fortlaufender Drehbewegung der Nockenwelle 5 in seine Endposition gebracht, welche im dargestellten Beispiel durch Rechtsdrehung um einen definierten Winkel erreicht wird. Beim weiteren Drehen der Nockenwelle 5 läuft die erste Nocke 5.1 entlang der Kurvenkontur 3 des Schaltschlosshebels 6.1. Während dieser Phase erreicht die dem Hilfsschalterpin 6.2 zugeordnete Nocke 5.2 der Nockenwelle 5 den Hilfsschalterpin 6.2, bewegt diesen und betätigt einen nicht dargestellten Hilfsschalter. Unmittelbar nach dem Erreichen des Kulminationspunktes der Kurvenkontur 3 des Schaltschlosshebels 6.1 beginnt die Rückstellung der Auslöseklinke 6.3 und die damit einhergehende Rückstellung des Ankers 2.1 des Auslösemagneten 2. - Die Diagramme der
Figuren 4 und 5 zeigen den Weg bzw. den Drehwinkel der Stellglieder in Abhängigkeit von der Zeit. DieFig. 4 bildet die Stellvorgänge des Standes der Technik ab; dieFig. 5 die entsprechenden Stellvorgänge bei der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung 1. Wie ersichtlich, erhöht sich gemäßFig. 4 bei der Ankerbewegung und der Stellbewegung der Auslöseklinke 6.3 zunächst der Weg über der Zeit progressiv. Mit Erreichen der Endposition der Auslöseklinke 6.3 starten bei der aus dem Stand der Technik vorbekannten konventionellen Auslösemechanik die Stellvorgänge Auslösen eines Schaltschlosses und Betätigen eines Hilfsschalters. Während dieser Phase erfolgt auch die Rückstellung der Auslöseklinke 6.3 und die damit einhergehende Rückstellung des Ankers 2.1 des Auslösemagneten 2. Alle drei bzw. vier Stellvorgänge enden nahezu zum selben Zeitpunkt. Die zum Antrieb der Auslösemechanik vorgesehene Feder 4 gibt während der Rotationsbewegung der Nockenwelle 5 ihre Federenergie ab und verteilt diese gleichzeitig auf alle drei bzw. vier Stellvorgänge, verbunden mit den bereits erwähnten Nachteilen. - Bei der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung gemäß den
Figuren 1 bis 3 hingegen wird die Federenergie zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf die einzelnen Stellvorgänge gemäßFig. 5 wie folgt verteilt: - Zunächst wird der Auslösemagnet 2 bzw. dessen Spulen bestromt und der Anker 2.1 bewegt sich in axialer Richtung der Auslöseklinke 6.3. Etwas bevor der Anker 2.1 und die Auslöseklinke 6.3 ihre maximale Auslenkung erreicht haben, gibt die Klinke die Nockenwelle 5 frei. Diese beginnt sich zu drehen und treibt über ihre erste Nocke 5.1 ausschließlich den Schaltschlosshebel 6.1 an. Für diesen Stellvorgang steht die volle Federkraft zur Verfügung. Erst nach dem Erreichen des maximalen Drehwinkels, welcher der Endposition des Schaltschlosshebels 6.1 entspricht, werden alle weiteren Stellvorgänge zeitversetzt ausgelöst. Zunächst wird die Auslöseklinke 6.3 zurückgestellt, die gleichzeitig den Anker 2.1 in die Ausgangsposition zurück bewegt. Zwischen dem zeitlichen Ende der Bewegung des Schaltschlosshebels 6.1 und dem Beginn der kurz darauf startenden Stellbewegung der zweiten Nocke 5.2 der Nockenwelle 5 zur Betätigung des Hilfsschalterpins 6.2 sowie der Rückstellbewegung des Ankers 2.1 liegt eine Sicherheitszeitspanne. Alle vorgenannten Stellvorgänge, bis auf die Stellbewegung des Schaltschlosshebels 6.1, enden jedoch nahezu zum selben Zeitpunkt. In der Gesamtbetrachtung der
Figuren 4 und 5 ist festzustellen, dass bei der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung 1 gegenüber der Auslösemechanik aus dem Stand der Technik ein signifikanter Zeitvorteil hinsichtlich der Einnahme der Endposition des Schaltschlosses 6.1 zu verzeichnen ist. Mit anderen Worten, das auf den Leistungsschalter wirkende Schaltschloss wird auf Grund der zeitversetzt startenden Stellvorgänge schneller ausgelöst, da die gesamte Federkraft auf den zum jeweiligen Zeitpunkt wichtigen Vorgang konzentriert wird. - Die
Fig. 6 zeigt eine vergleichende Diagrammdarstellung der genutzten Federenergie entsprechend dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung 1 bei gegebenen Randbedingungen. Im Diagramm ist die Federenergie über dem Drehwinkel der Nockenwelle 5 aufgetragen. Bei den vom Stand der Technik vorbekannten Lösungen ist der Drehwinkel der Auslösewelle kleiner als der Drehwinkel der erfindungsgemäßen Nockenwelle 5. Damit einher geht die dem Drehwinkel zugeordnete, genutzte Federenergie, die bei der Auslösewelle der bekannten Lösungen geringer als bei der Nockenwelle 5 der erfindungsgemäßen Lösung ist. Der erfinderische Mehrwert entspricht dem zur Verfügung stehenden Delta ΔE der nutzbaren Federenergie. Die unterschiedlichen Drehwinkel der erfindungsgemäßen Nockenwelle 5 gegenüber der herkömmlichen Auslösewelle führen dazu, dass bei der Erfindung einerseits die vorhandene Federenergie effizienter genutzt werden kann und andererseits dass der Stellvorgang des Auslösen des Schaltschlosses 6.1 sowohl zu einem früheren Zeitpunkt beginnt als auch schneller absolviert ist. Die Auslösevorrichtung 1 wird jedoch erst zurückgestellt, nachdem der Schaltschlosshebel 6.1 seine Endposition eingenommen hat. -
- 1
- Auslösevorrichtung
- 2
- Auslösemagnet
- 2.1
- Anker
- 3
- Kurvenkontur
- 4
- Feder
- 5
- Nockenwelle
- 5.1
- erste Nocke
- 5.2
- zweite Nocke
- 5.3
- Sperrnocke
- 5.4
- Mitnehmernocke
- 6
- Betätigungsmittel
- 6.1
- Schaltschlosshebel
- 6.2
- Hilfsschalterpin
- 6.3
- Auslöseklinke
Claims (11)
- Auslösevorrichtung (1), insbesondere für Leistungsschalter, zumindest aufweisend einen steuerbaren Auslösemagneten (2) mit Anker (2.1), der in Wirkverbindung zu einer nachgeordneten Auslöseklinke (6.3) steht, welche mit einer auf den Leistungsschalter wirkenden Auslösemechanik, die mit einer als Kraftverstärker dienenden vorgespannten Feder (4) gekoppelt ist, in Eingriff steht, wobei die Auslösemechanik eine Nockenwelle (5) mit mehreren Nocken (5.1, 5.2, 5.4) umfasst, wobei jeder drehwinkelversetzten Nocke (5.1, 5.2, 5.4) jeweils ein Betätigungsmittel (6) zugeordnet ist, und im Auslösefall zumindest zwei den jeweiligen Betätigungsmitteln (6.1, 6.2, 6.3) zugeordnete Stellvorgänge zeitlich nacheinander ablaufen, so dass auf zumindest eines dieser Betätigungsmittel (6.1, 6.2, 6.3) zum Absolvieren des zugehörigen Stellvorgangs die vollständige Federkraft über die Nockenwelle (5) übertragen wird, wobei die zeitkritische Hauptfunktion Auslösen eines Schaltschlosses zuerst und mit maximaler Geschwindigkeit abläuft, dadurch gekennzeichnet, dass
als Stellvorgänge das Auslösen eines Schaltschlosses, das Betätigen eines Hilfsschalters, die Rückstellbewegung der Auslöseklinke (6.3) und die Rückstellung des Ankers (2.1) des Auslösemagneten (2) vorgesehen sind, und dass das als Schaltschlosshebel (6.1) ausgebildete erste Betätigungsmittel (6) eine Kurvenkontur (3) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass nach Einnahme der Endposition des Schaltschlosshebels (6.1) bei einer durch die Federkraft bedingten weiteren Drehbewegung der Nockenwelle (5) die dem Schaltschlosshebel (6.1) zugeordnete Nocke (5.1) entlang der Kurvenkontur (3) gleitet, wobei sich der Drehwinkel der Nockenwelle (5) deutlich erhöht, ohne dass sich die Endposition des Schaltschlosshebels (6.1) verändert. - Auslösevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Betätigungsmittel (6) vorgesehen ist, von denen ein erstes Betätigungsmittel (6) als Schaltschlosshebel (6.1) eines Schaltschlosses, ein zweites Betätigungsmittel (6) als Hilfsschalterpin (6.2) eines Hilfsschalters und ein drittes Betätigungsmittel (6) als Auslöseklinke (6.3) ausgebildet ist.
- Auslösevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Stellvorgänge zumindest partiell zeitlich nacheinander, d. h. sequentiell, ablaufen, wobei zwischen dem Ende eines Stellvorgangs und dem Beginn eines darauf folgenden Stellvorgangs eine Sicherheitszeitspanne liegt.
- Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (6.1, 6.2, 6.3) eine lineare oder rotatorische Stellbewegung ausführen.
- Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch den erhöhten Drehwinkel der Nockenwelle (5) der nutzbare Federweg erhöht und die Energieausbeute bei gegebener Maximalkraft stark ansteigt, beispielsweise auf das Doppelte.
- Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass erst nach Einnahme der Endposition des Schaltschlosshebels (6.1) die Rückstellbewegung der Auslöseklinke (6.3) und die damit einhergehende, jedoch zeitlich versetzte Rückstellbewegung des Ankers (2.1) des Auslösemagneten (2) erfolgen.
- Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Erzielung kürzester Schaltzeiten das als Schaltschlosshebel (6.1) ausgebildete erste Betätigungsmittel (6) seinen Stellvorgang vollständig abgeschlossen hat, bevor weitere Stellvorgänge durch die Nocken (5.2, 5.4) der Nockenwelle (5) ausgelöst werden.
- Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Nockenwelle (5) unter Verwendung eines Koppelgetriebes zum Schaltschlosshebel (6.1) übertragen wird.
- Auslösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen den beiden Federaufhängungen und dem Drehpunkt der Nockenwelle (5) so gewählt ist, das die Federarbeit bei gegebenem Drehwinkel der Nockenwelle (5) maximal wird.
- Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Auslösemechaniken vorgesehen sind, die in Kraftwirkungsrichtung hintereinander, d. h. kaskadenartig angeordnet sind.
- Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseklinke (6.3) und die Sperrnocke (5.3) jeweils nach dem Prinzip der Stichpunktversetzung ausgebildete Konturen aufweisen, wodurch die Auslöseklinke (6.3) mit reduziertem Kraftaufwand bewegt werden kann und die verklinkte Nockenwelle (5) schneller freigegeben wird.
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