EP4364175A1 - Antrieb zur betätigung einer elektrischen schalteinrichtung und vorrichtung zur netzumschaltung - Google Patents

Antrieb zur betätigung einer elektrischen schalteinrichtung und vorrichtung zur netzumschaltung

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EP4364175A1
EP4364175A1 EP22741575.9A EP22741575A EP4364175A1 EP 4364175 A1 EP4364175 A1 EP 4364175A1 EP 22741575 A EP22741575 A EP 22741575A EP 4364175 A1 EP4364175 A1 EP 4364175A1
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EP
European Patent Office
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drive
switching
voltage
switching device
power supply
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EP22741575.9A
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EP4364175B1 (de
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Wolfgang Reinker
Manuel Mehnert
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EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
Original Assignee
EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
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    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/40—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using friction, toothed, or screw-and-nut gearing

Definitions

  • the present invention relates to a drive for actuating an electrical switching device and a device for network switching, more specifically a device and arrangement of a drive for actuating commercially available electrical switching devices from different manufacturers and automatic network switching devices with these for switching from a first main power supply to a second emergency power supply in the event of a power failure of the main power supply for arranging the same in electrical systems.
  • Various types of drives are known for actuating electrical switching devices, for example manual drives for on-site operation and motor drives with electric motors and magnetic drives with electromagnets as actuators for remote control. Short switching times can be achieved with electromagnets.
  • DE 574857 C discloses a drive for oil switches to be switched on via a toothed rack and gear wheel to engage in a pinion and to be switched off by spring force. Different drive types for switching on and off are disadvantageous.
  • DE 102019 122 978 A1 discloses an electric remote drive for actuating a switching device of an electrical system, which has two independently controllable actuators, which are designed as electromagnets and act opposite one another in alternation on a slidably mounted carriage, which has a passage for receiving a first lever arm a rocker arm, wherein a driver rail is attached to a second lever arm of the rocker arm parallel to the longitudinal extension of the top hat rail, the rocker arm being pivotable about a rocker arm axis of rotation which runs parallel to the longitudinal extent of the top hat rail and through a pivot point of the shift knob.
  • a disadvantage is the large amount of space required by the oppositely arranged electromagnets and slides, with the result that the drive is larger than the switching device and the standard distance between the top-hat rails of 125 mm in the control cabinet cannot be maintained and is required to be larger, resulting in additional costs.
  • Another disadvantage is that the switching movement via the lever arm and rocker arm acts indirectly on the switch and is therefore prone to failure.
  • Another disadvantage is that due to the cables present in the control cabinet, considerable load and bending forces act on the remote drive and switching device, causing the DIN rails to bend and moving the remote drives and switching devices attached to them against each other, which can lead to faults.
  • EP 1 991 997 B1 discloses an automated control module for an electrical switching device with a rotatable control axis, the control module having a housing with two oppositely aligned electromagnets which are connected to the same slider and the slider has a toothed rack which engages a drive pinion , which is connected to the control axis
  • DE 102018 118 329 B3 discloses a method for zero-point switching of a relay, with which the service life of the relay is extended in terms of the number of switching cycles, in that the relay contacts are switched in the region of the zero-voltage crossing of the voltage
  • the invention therefore sets itself the task of providing a universal, simple, economical and robust electric drive with variable and short switching times of less than 20 ms (milliseconds) and small dimensions for commercially available switching devices from various manufacturers, in particular for switching devices for installation in electrical installation distribution boards create the dimensions of which are no larger than known switching devices for top-hat rail mounting for installation in electrical installation distribution boards with standard center distances of the top-hat rails of 125 mm so that the space required in such control cabinets can be used optimally.
  • Another object is to provide a method and a device for increasing the service life of the switching device.
  • the electric drive can also be used to implement automatic mains switchovers with commercially available switching devices, which switch over to a second emergency power supply voltage in the event of a main power supply failure, either with a variable and needs-based switchover delay or without interruption or without arcing
  • a drive (1) for actuating an electrical switching device (2) the electrical switching device (2) having a rotatable control axis (3) and movable contacts a drive housing (6) which has means for attachment to a top-hat rail (4), a first electromagnet (7a) with a first translationally movable magnet armature (12a), a second electromagnet (7b) arranged parallel to the first electromagnet (7a).
  • Actuating elements (9a, 9b, 9c, 9d) are in mechanical working connection with the adjusting element (5, 21), so that the translational movement of the movable magnet armature (12a, 12b) results in a rotary movement of the shaft (13 ) can be implemented.
  • the drive according to the invention is, in particular, electrical and is used for the electrical actuation of a switching device for switching on and off or for automatic mains switching for switching between two power supplies of electrical systems with a rotatable control axis and movable contacts, with devices for transmitting the rotary movement and switching mechanism between the control axis and movable contacts and spring accumulators are present and the drive is connected to the control axis.
  • the moveable carriers (8a, 8b) preferably act without fixed mechanical coupling and move them in a mutually translational manner.
  • Drive housing (6) and switching device (2) are preferably connected in a form-fitting manner.
  • each switching process takes place when the voltage crosses zero via regulated zero-voltage switches via the control unit in the drive housing and the switching processes are monitored via devices present in the drive and devices present on the switching devices.
  • the longitudinal axes of the first electromagnet (7a) and of the second electromagnet (7b) are arranged opposite one another and at the same distance from the plane of the control axis (3) of the switching device (2).
  • this also comprises an adapter plate (24) provided on the drive housing (6) with means for fastening to the top-hat rail (4), the adapter plate (24) having devices for aligning the drive axis of the drive (1st ) in relation to the control axis (3) of the switching device (2).
  • the drive (1) is provided with an adapter plate (24) with an adjustable top-hat rail attachment, via which switching devices (2) with different distances between the control axis - Top-hat rail fastening axis (25) can be used and the drive (1) can be positively connected to the switching device.
  • a first alternative development provides that the actuating element is designed as a first toothed rack (9a) on the first movable driver (8a) and as a second toothed rack (9b) on the second movable driver (8b) and the actuating element (5, 21) is designed as a pinion (5), the toothed rack (9a) and the second toothed rack (9b) being in engagement with the pinion (5).
  • a second alternative development provides that the actuating element is designed as a first recess (9c) in the first movable driver (8a) and as a second recess (9d) in the second movable driver (8b) and the actuating element (5, 21) is designed as a switching cam (21), the first recess (9c) and the second recess (9d) being in operative connection with the switching cam (21).
  • the position of the shift lever (20) and the position of the upper driver and lower driver can be detected by sensors and monitored by evaluating the function of the electric drive and switching device over time. Failures, e.g. shaft breakage, can be detected immediately and the shift levers on the switching device can therefore be used not for switching but for reporting. Via time evaluation between application of the actuating voltage to the electromagnet via voltage measurement and movement of the drivers (8a, 8b) and via sensor (19a, 19b) drive position down and via sensor (18a, 18b) drive position up and position of shift lever (20) via sensor (17a ,
  • the switch position sensor (17a, 17b) can be used to indicate the switch position electrically in the drive housing, and the switching time can also be recorded.
  • the switching device can be switched on and off as well as the display and message via the control in the drive housing.
  • the electromagnets (7a, 7b) can be switched on and off via an electronic spring, consisting of a power supply and a capacitor, so that the current and next switching process takes place reliably in the event of a power failure.
  • a device (16) for network switching comprising a first drive (1a) as described above (according to one of claims 1 to 5) and a second drive (1b ), as described above (according to one of the claims 1 to 5), - a locking device (15) arranged between the first drive (1a) and the second drive (1b), two switching devices (2), each of which is located opposite the locking device ( 15) are arranged on the first drive (1a) and on the second drive (1b), the locking device (15) being mechanically actuated via a lever (27) on the first and second drivers (8a, 8b) of the first drive (1a ) of the second drive (1b) acts.
  • the drive according to the invention can, in particular, be of modular or compact design.
  • the actuation of the electromagnets (7a, 7b) can preferably take place via DC voltage and capacitor storage.
  • the maximum switching delay of the mains changeover is 20 ms.
  • electronic devices are used to record the current and voltage curve over time at both switching devices and each switching process takes place when the voltage of the respective switching device (2) crosses zero, taking into account the respective switching time via the control device, taking into account the switching time of the electromagnets for switching the switch on and off Drive and the switching time of the switching device and a maximum switching voltage, so that the switching process oscillates around the zero crossing of the voltage.
  • a method for operating a drive (1) comprising the steps of a) detecting the voltage at the output of the switching device (2) and the time profile of the switching process of the switching device (2) by means of a first upper sensor (18a) and a second upper sensor (18b) for the drive position up and a first lower sensor (19a) and a second lower sensor (19b) for the drive position down and via a first sensor (17a ) and a second sensor (17a) for the switch position. b) Monitoring the function of the switching device (2) and the drive (1) and reporting any deviations.
  • the switching device (2) is controlled and monitored via a control unit in the drive housing (6) of the drive (1) and the devices are used to actuate the switching device (2) for reporting and monitoring via sensors.
  • Another embodiment of the method according to the invention provides that the contacts continuously oscillate between positive and negative arc ignition voltage via a control device during the zero crossing of the mains voltage with a switching time that corresponds to twice the time between the zero crossing of the voltage and an arc ignition voltage of preferably 20 V.
  • a variable switching time (Tschu) of 0.015 s to 0.5 s takes place via the two switching devices (2) by counting the number of zero crossings of the voltage of the main power supply (41) and the zero crossings of the Voltage of the emergency power supply (42) can be changed and the switching voltage at the contacts of both switching devices (2) corresponds to a maximum of a parameterizable arc voltage of at least 20 V, iii) the time profile of the voltage at the output of the transfer switch (43) before the transfer switch after the expiry of Switching time (Tschu) is continued in the same direction.
  • FIG. 2 an illustration of a drive 1 according to the invention for switching device corresponding to FIG.
  • Figure 3 an exploded view of a two-pole network switching with drives according to the invention 1 and switching devices 2 with locking 15 and arrangement of the control unit 26 for controlling on-site operation
  • FIG. 4 an illustration of a two-pole transfer switching system according to FIG. 3 in a compact design with lateral guides for the carriers;
  • Figure 6 a time course diagram of the voltage at the output of the transfer switch 43 with an automatic transfer switch 14 from the voltage of the main power supply 42 to the voltage of the emergency power supply 42 with zero voltage switching in the event of a voltage dip in the voltage of the main power supply 41.
  • FIG. 1 shows a drive 1 for a switching device 2 arranged on a top-hat rail 4 with a rotatable control axis 3 which acts on the movable contacts of the switching device 2 (not shown).
  • the drive 1 consists of a drive housing 6 in which a pinion 5 which can be rotated via the shaft 13 and is connected via the shaft 13 to the control axis of the switching device 29 is arranged on the front side.
  • the carriers are guided via the lower guide 11a, 11b and upper guide 10a, 10b in the drive housing perpendicular to the control axis and parallel to one another and are moved alternately by the magnet armatures 12a, 12b of electromagnets via pressure without fixed coupling with them, thus generating a rotary movement on the control axis and the contacts of the switching device switched accordingly.
  • the switching position of the switching device 2 is detected via the operating lever switching device 16 via the operating lever switching device 16 and the switching shaft position sensor 17a, 17b and to the operating unit (not shown). transferred so that the function of the mechanical components of the drive 1 are monitored in this.
  • the switching device is operated, controlled and monitored via a control unit (not shown) in the upper part of the drive 1.
  • the operating elements for on-site operation on the switching device are only used for feedback via the sensors in the drive and are not accessible from the outside due to corresponding covers in the drive .
  • FIG. 2 shows an electric drive switching device 1 with switching cam 21 instead of a pinion and rack.
  • the electric drive 1 switching device consists of a drive housing 6 in which a switching cam 21 which can be rotated via shaft 13 and is connected via shaft 13 to the control axis of the switching device 3 is arranged on the front side.
  • a switching cam 21 which can be rotated via shaft 13 and is connected via shaft 13 to the control axis of the switching device 3 is arranged on the front side.
  • drivers 8a, 8b are present with recesses into which the switching cam engages.
  • the carriers are guided via the lower guide 11a, 11b and upper guide 10a, 10b in the drive housing perpendicular to the control axis and parallel to one another and are moved alternately by the magnet armatures 12a, 12b of electromagnets via pressure without fixed coupling with them, thus generating a rotary movement on the control axis and the contacts of the switching device are switched in accordance with FIG.
  • the drive switching device 1 is fastened to the top-hat rail of the control cabinet via an adapter plate 24 with an adjustable top-hat rail axis 22, thereby compensating for the differences.
  • Figure 3 contains an exploded view of a network switchover 14 with two drives 1 according to the invention, consisting of a main current drive 32 and an emergency current drive 33 for two switching devices 2, consisting of a two-pole main current switching device 30 and a two-pole emergency current switching device 31 as well as a locking device 15 and the arrangement of the control unit between the two drives Switching device 1 for controlling, monitoring and reporting the network switching 14 in a modular design without showing the sensors and top-hat rail.
  • FIG. 4 shows a two-pole mains switching according to FIG.
  • FIG. 5 is a schematic representation of the drive transfer switch 14 drive without zero voltage transfer switch.
  • Two DC voltages are generated via the main power supply 34 and the emergency power supply 35 via rectifiers 36 and are coupled via the control network 37 coupling, so that a fault is avoided even in the event of a failure.
  • an RC element 38 is arranged as a voltage storage device and the respective electromagnet 7a, 7b is switched on via control 39 and switched off via sensor drive position up 18a, 18b, so that the electromagnet via an in This existing spring moves the magnet armature 12a, 12b back and the driver 8a, 8b remains in the last position due to loose coupling.
  • the time profile of the voltage main power 41, the voltage emergency power 42 and the voltage output mains switch 43 is shown in an exemplary, automatic zero-voltage mains switch 40 from the main power supply to the emergency power supply.
  • the voltage at the output of the transfer switch 43 corresponds to the voltage of the main power supply 40 and the voltage of the emergency power supply (42) is switched off by the phase shift time (Tv).
  • the voltage of the main power supply 41 is shown with 100% mains voltage (100% UN).
  • the voltage of the main power supply 41 has dropped to, for example, 80% mains voltage (80% UN), so that the output voltage of the transfer switch 43 is also reduced at time (t2') and with it the functional reliability the connected consumer is no longer guaranteed and the automatic switching device 14 should switch over to emergency power supply at these values, for example.
  • the main power supply 41 voltage is switched off at the next zero crossing at time (t3), by calculating the switch-off time (tsa) taking into account the polarity direction of the main power supply 41 voltage, taking into account all time losses of the drive switching device 1 and switching device 2 of the transfer switching device 14.
  • the emergency power supply 42 voltage is switched on at the zero crossing at time (t4), by the switch-on time (ts e ) taking into account the polarity direction of the emergency power supply 42 voltage, taking into account all time losses of the drive 1 switching device and switching device 2 of the switching device 14 is calculated and at time (Se) the drive is switched on.
  • the switchover time (Tsu) results from the time for an oscillation of the voltage of the emergency power supply 21, which is, for example, 10 ms at a frequency of 50 Hz plus the phase shift (T v ), for example 5 ms at 90 degrees. This achieves a switching time (T u ) of 15 ms.
  • main current switching voltage (US C M) and/or emergency current switching voltage (Us ch 2) exceeds an arc ignition voltage of 20 V, for example, the switching times (tsa, tse) are retained and the switching time (T su ) from the respective zero crossing to the time (W ) extended, in which the switching voltage main current (US C M) and/or switching voltage emergency current (Us ch 2) corresponds to the arc ignition voltage.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb (1) zur Betätigung einer elektrischen Schalteinrichtung (2), wobei die elektrische Schalteinrichtung (2) eine drehbare Steuerachse (3) und bewegliche Kontakte aufweist, umfassend : - ein Antriebsgehäuse (6), welches Mittel zur Befestigung auf einer Hutschiene (4) aufweist, - einen ersten Elektromagneten (7a) mit einem ersten translativ beweglichen Magnetanker (12a), - einen parallel zu dem ersten Elektromagneten (7a) angeordneten zweiten Elektromagneten (7b) mit einem zweiten translativ beweglichen Magnetanker (12b), wobei der erste Elektromagnet (7a) und der zweite Elektromagnet (7b) senkrecht zu der Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) ausgerichtet sind, - eine erste untere Führung (11a) und eine erste obere Führung (10a) sowie eine zweite untere Führung (11b) und eine zweite obere Führung (10b), die richtungsgleich für den ersten Magnetanker (12a) und den zweiten Magnetanker (12b) angeordnet sind, - einen ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und einen zweiten beweglichen Mitnehmer (8b), welche jeweils ein Betätigungselement aufweisen, wobei der erste bewegliche Mitnehmer (8a) und der zweite bewegliche Mitnehmer (8b) parallel zu dem ersten Magnetanker (12a) und dem zweiten Magnetanker (12b) angeordnet sind und in mechanischer Wirkverbindung mit diesen stehen, - eine auf der Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) angeordnete Welle (13), welche mit einem Stellelement (5, 21) versehen ist, wobei die Betätigungselemente mit dem Stellelement (5, 21) in mechanischer Wirkverbindung stehen, so dass die translative Bewegung der beweglichen Magnetanker (12a, 12b) in eine Drehbewegung der auf der Steuerachse (3) angeordnete Welle (13) umsetzbar ist.

Description

Antrieb zur Betätigung einer elektrischen Schalteinrichtung und Vorrichtung zur Netzumschaltung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb zur Betätigung einer elektrischen Schalteinrichtung und eine Vorrichtung zur Netzumschaltung, konkreter eine Einrichtung und Anordnung eines Antriebs zur Betätigung von handelsüblichen elektrischen Schalteinrichtungen verschiedener Hersteller sowie automatischen Netzumschalteinrichtungen mit diesen zur Umschaltung von einer ersten Haupt- Stromversorgung auf eine zweite Notstromversorgung bei Spannungsausfall der Haupt stromversorgung zur Anordnung derselben in elektrischen Anlagen.
Zur Betätigung von elektrischen Schalteinrichtungen sind verschiedene Arten von Antrieben, bspw. manuelle Antrieb zur Vorortbedienung sowie Motorantrieb mit Elektromotoren und magnetische Antriebe mit Elektromagneten als Aktoren zur Fernbedienung bekannt. Mit Elektromagneten können geringe Umschaltzeiten erreicht werden.
Weiterhin sind Verfahren und Einrichtungen zum Nullpunktschalten eines eine wechsel- stromgespeiste Last schaltendes Relais bekannt. Mit diesen wird der Verschleiß der Relais- Kontakte vermindert.
Aus DE 574857 C ist ein Antrieb für Ölumschalter zum Einschalten über eine Zahnstange und Zahnrad zum Eingriff in ein Ritzel und Ausschalten durch Federkraft bekannt. Nachteilig sind verschiedene Antriebsarten für Ein- und Ausschalten.
Aus DE 102019 122 978 A1 ist ein elektrischer Fernantrieb zur Betätigung einer Schalteinrichtung einer elektrischen Anlage bekannt, der mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Aktoren, die als Elektromagnete ausgeführt sind und gegenüberliegend wechselweise auf einen verschiebbar gelagerten Schlitten einwirken, welcher eine Durchführung zur Aufnahme eines ersten Hebelarms eines Kipphebels aufweist, wobei an einem zweiten Hebelarm des Kipphebels parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene eine Mitnehmerschiene angebracht ist, wobei der Kipphebel um eine Kipphebel-Drehachse schwenkbar ist, die parallel zu der Längsausdehnung der Hutschiene und durch einen Drehpunkt des Schaltknaufs verläuft. Nachteilig ist der große Platzbedarf der gegenüber angeordneten Elektromagnete und Schlitten mit der Folge, dass der Antrieb größer ist als die Schalteinrichtung und dadurch der Standardabstand zwischen den Hutschienen von 125 mm im Schaltschrank nicht eingehalten werden kann und größer erforderlich ist und dadurch Mehrkosten entstehen. Weiterhin nachteilig ist, dass die Schaltbewegung über Hebelarm und Kipphebel indirekt auf den Schalter wirkt und damit störanfällig ist. Nachteilig ist außerdem, dass aufgrund der im Schaltschrank vorhandenen Leitungen erhebliche Last- und Biegekräfte auf Fernantrieb und Schalteinrichtung wirken, die zum Durchbiegen der Hutschienen führen und die daran befestigten Fernantriebe und Schalteinrichtungen gegeneinander bewegen, was zu Störungen führen kann. Nachteilig ist auch, dass mit der vorgeschlagenen Lösung der Antrieb konstruktiv an die eingesetzte Schalteinrichtung angepasst werden muss, weil zwischen Steuerachse der Schalteinrichtung und Hutschienenachse herstellerbedingt unterschiedliche Abstände vorhanden sind. Weiterhin nachteilig ist, dass bei Verwendung der vorgeschlagenen Lösung für Netzumschaltungen zwar kurze, aber immer Umschaltzeiten vorhanden sind.
Aus EP 1 991 997 B1 ist ein automatisiertes Steuermodul für ein elektrisches Schaltgerät mit drehbarer Steuerachse bekannt, wobei das Steuermodul ein Gehäuse mit zwei gegenüberliegend ausgerichteten Elektromagneten aufweist, die mit demselben Gleitstück verbunden sind und das Gleitstück eine Zahnstange aufweist, die ein Antriebsritzel in Eingriff nimmt, das mit der Steuerachse verbunden ist
Nachteilig ist, dass ein derartiges Schaltgerät aufgrund der vielen Teile sehr kostenintensiv ist und das Steuerteil große Abmessungen aufweist, die über das Schaltgerät hinausragen und damit der Platz im Schaltschrank nur ungenügend genutzt werden kann. Außerdem besteht der Nachteil darin, dass bei einem Defekt im Schaltgerät das komplette Schaltgerät im Schaltschrank mit hohen Kosten- und Zeitaufwand gewechselt werden muss,
Nachteilig bei allen bekannten Lösungen ist außerdem, das ausschließlich automatische Netzumschaltungen mit Unterbrechung der Stromversorgung möglich sind, wobei die Umschaltverzögerungszeit im Bereich von ca. 5 ms beträgt und Defekte in den Schalteinrichtungen und Antrieben erst bei einer anstehenden Schaltanforderung als Störung erkannt und gemeldet werden, aber die Netzumschaltung aufgrund der Störung nicht erfolgt und damit die Stromversorgung gestört ist. nicht und damit die neue Schalthandlung nicht erfolgen kann.
Aus DE 102018 118 329 B3 ist ein Verfahren zum Nullpunktschalten eines Relais bekannt, mit dem die Lebensdauer des Relais hinsichtlich der Anzahl der Schaltspiele verlängert wird, indem die Relaiskontakte im Bereich des Nullspannungsdurchganges der Spannung geschalten werden
Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe für handelsübliche Schalteinrichtungen verschiedener Hersteller, insbesondere für Schalteinrichtungen zum Einbau in elektrische Installationsverteilungen, einen universellen, einfachen, wirtschaftlichen und robusten elektrischen Antrieb mit dem jeweiligen Anwendungsfall variablen und geringen Schaltzeiten kleiner 20 ms (Millisekunden) und kleinen Abmessungen zu schaffen, dessen Abmessungen nicht größer sind als bekannte Schalteinrichtungen für Hutschienenmontage zum Einbau in elektrischen Installationsverteilungen mit standardmäßigen Mittenabständen der Hutschienen von 125 mm sodass damit der Platzbedarf in derartigen Schaltschränken optimal genutzt werden kann. Zudem ist eine Aufgabe die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Erhöhung der Lebensdauer der Schalteinrichtung.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass mit dem elektrischen Antrieb auch automatische Netzumschaltungen mit handelsüblichen Schalteinrichtungen realisiert werden können, die bei Ausfall der Hauptstromversorgung wahlweise mit variabel und bedarfsgerecht angepasster Umschaltverzögerung oder unterbrechungsfrei oder lichtbogenfrei sicher bei Ausfall der Spannung Hauptstromversorgung auf eine zweite Spannung Notstromversorgung umschalten und Einrichtungen zur Erhöhung der Lebensdauer der Kontakte der Schalteinrichtung sowie Einrichtungen zur Steuerung, Meldung und Überwachung der gesamten Funktionen des Antriebes und der Schalteinrichtung inclusive der mechanischen Teile aufweisen und Störungen sofort erkennen.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch einen Antrieb (1) zur Betätigung einer elektrischen Schalteinrichtung (2) gelöst, wobei die elektrische Schalteinrichtung (2) eine drehbare Steuerachse (3) und bewegliche Kontakte aufweist, umfassend ein Antriebsgehäuse (6), welches Mittel zur Befestigung auf einer Hutschiene (4) aufweist, einen ersten Elektromagneten (7a) mit einem ersten translativ beweglichen Magnetanker (12a), einen parallel zu dem ersten Elektromagneten (7a) angeordneten zweiten Elektromagneten (7b) mit einem zweiten translativ beweglichen Magnetanker (12b), wobei der erste Elektromagnet (7a) und der zweite Elektromagnet (7b) senkrecht zu der Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) ausgerichtet sind, eine erste untere Führung (11a) und eine erste obere Führung (10a) sowie eine zweite untere Führung (11b) und eine zweite obere Führung (10b), die richtungsgleich für den ersten Magnetanker (12a) und den zweiten Magnetanker (12b) angeordnet sind, einen ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und einen zweiten beweglichen Mitnehmer (8b), welche jeweils ein Betätigungselement (9a, 9b, 9c, 9d) aufweisen, wobei der erste bewegliche Mitnehmer (8a) und der zweite bewegliche Mitnehmer (8b) parallel zu dem ersten Magnetanker (12a) und dem zweiten Magnetanker (12b) angeordnet sind und in mechanischer Wirkverbindung mit diesen stehen, eine auf der Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) angeordnete Welle (13), welche mit einem Stellelement (5, 21) versehen ist, wobei die
Betätigungselemente (9a, 9b, 9c, 9d) mit dem Stellelement (5, 21) in mechanischer Wrkverbindung stehen, so dass die translative Bewegung der beweglichen Magnetanker (12a, 12b) in eine Drehbewegung der auf der Steuerachse (3) angeordnete Welle (13) umsetzbar ist.
Der erfindungsgemäße Antrieb ist insbesondere elektrisch und dient zur elektrischen Betätigung einer Schalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten oder zur automatischen Netzumschaltung zum Umschalten zwischen zwei Stromversorgungen von elektrischen Anlagen mit drehbarer Steuerachse und beweglichen Kontakten, wobei zwischen Steuerachse und beweglichen Kontakten Einrichtungen zur Übertragung der Drehbewegung und Schaltschloss und Federspeicher vorhanden sind und der Antrieb mit der Steuerachse verbunden ist. Die beweglichen Mitnehmer (8a, 8b) wirken bevorzugt ohne feste mechanische Kopplung und bewegen diese wechselseitig translativ. Antriebsgehäuse (6) und Schalteinrichtung (2) sind vorzugsweise formschlüssig verbunden.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird ein elektrischer Antrieb Schalteinrichtung (1) für Ein- und Ausschalten einer handelsüblichen Schalteinrichtung (2) mit drehbarer Steuerachse, die über vorhandene Einrichtungen auf bewegliche Kontakte wirkt, bestehend aus zwei senkrecht und quer zur Steuerachse der Schalteinrichtung angeordneten Elektromagneten in einem Antriebsgehäuse (6) vorgeschlagen, die nur kurzzeitig aktiviert werden und deren Magnetanker über parallele und richtungsgleiche Führungen auf bewegliche Mitnehmer lose ohne feste mechanische Kopplung wirken und diese richtungsgleich einzeln und wechselseitig translativ bewegen, und die Mitnehmer mit jeweils einer Zahnstange versehen sind und diese gegenüberliegend zwischen einem Ritzel angeordnet sind und in dieses eingreifen, und das Ritzel über eine Welle mit der Steuerachse der Schalteinrichtung verbunden ist und dadurch die translative Bewegung in eine Drehbewegung umsetzt und auf die beweglichen Kontakte der Schalteinrichtung wirkt.
Zur Erhöhung der Lebensdauer der Schalteinrichtung erfolgt jeder Schaltvorgang im Nulldurchgang der Spannung über geregelte Nullspannungsschalter über die Steuereinheit im Antriebsgehäuse und die Überwachung der Schaltvorgänge über im Antrieb vorhandene Einrichtungen und an den Schalteinrichtungen vorhandene Einrichtungen.
Es ist bevorzugt, wenn die Längsachsen des ersten Elektromagneten (7a) und des zweiten Elektromagneten (7b) einander gegenüberliegend und im gleichen Abstand zur Ebene Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) angeordnet sind.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebs (1) umfasst dieser ferner eine an dem Antriebsgehäuse (6) vorgesehene Adapterplatte (24) mit Mitteln zur Befestigung auf der Hutschiene (4), wobei die Adapterplatte (24) Einrichtungen zum Ausrichten der Antriebsachse des Antriebs (1) in Bezug auf die Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) aufweist.
Der Antrieb (1) ist über eine Adapterplatte (24) mit verstellbarer Hutschienenbefestigung versehen, worüber Schalteinrichtungen (2) mit unterschiedlichem Abstand Steuerachse - Hutschienenbefestigungsachse (25) eingesetzt werden können und der Antrieb (1) mit der Schalteinrichtung formschlüssig verbunden werden können.
Eine erste alternative Weiterbildung sieht vor, dass das Betätigungselement ausgeführt ist als eine erste Zahnstange (9a) an dem ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und als eine zweite Zahnstange (9b) an dem zweiten beweglichen Mitnehmer (8b) und wobei das Stellelement (5, 21) ausgeführt ist als Ritzel (5), wobei die Zahnstange (9a) und die zweite Zahnstange (9b) mit dem Ritzel (5) in Eingriff stehen. Eine zweite alternative Weiterbildung sieht vor, dass das Betätigungselement ausgeführt ist als eine erste Ausnehmung (9c) in dem ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und als eine zweite Ausnehmung (9d) in dem zweiten beweglichen Mitnehmer (8b) und wobei das Stellelement (5, 21) ausgeführt ist als Schaltnocken (21), wobei die erste Ausnehmung (9c) und die zweite Ausnehmung (9d) mit dem Schaltnocken (21) in Wirkverbindung stehen.
Die Stellung des Schalthebels (20) und die Stellung des oberen Mitnehmers und unteren Mitnehmers können über Sensoren detektiert und über Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Funktion von elektrischem Antrieb und Schalteinrichtung überwacht werden. Ausfälle können unmittelbar, bspw. Bruch der Welle, erkannt und damit die an der Schalteinrichtung vorhandenen Schalthebel nicht zum Schalten, sondern zur Meldung genutzt werden. Über Zeitauswertung zwischen Anliegen der Betätigungsspannung am Elektromagnet über Spannungsmessung und Bewegung der Mitnehmer (8a, 8b) und über Sensor (19a, 19b) Antriebsstellung unten und über Sensor (18a, 18b) Antriebsstellung oben und Stellung von Schalthebel (20) über Sensor (17a,
17b) Schalterstellung und Spannungsänderung an der Abgangsklemme der Schalteinrichtung wird erfasst und darüber Verschleiß vor Ausfall und Störungen unmittelbar während des Schaltvorganges erkannt. Über Sensor (17a, 17b) Schalterstellung kann eine elektrische Schaltstellungsanzeige im Antriebsgehäuse erfolgen sowie darüber die Schaltzeit erfasst werden. Die Ein- und Ausschaltung der Schalteinrichtung sowie Anzeige und Meldung können über Steuer im Antriebsgehäuse erfolgen. Die Ein- und Ausschaltung der Elektromagnete (7a, 7b) kann über elektronische Feder, bestehend aus Stromversorgung und Kondensator, erfolgen, sodass bei Stromausfall der aktuelle und nächste Schaltvorgang sicher erfolgt. Die vorstehenden Aufgaben werden in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung gelöst, umfassend einen ersten Antrieb (1a), wie er vorstehend beschrieben wurde (nach einem der Ansprüche 1 bis 5), und einen zweiten Antrieb (1b), wie er vorstehend beschrieben wurde (nach einem der Ansprüchel bis 5), - eine zwischen dem ersten Antrieb (1a) und dem zweiten Antrieb (1b) angeordnete Verriegelung (15), zwei Schalteinrichtungen (2), die jeweils gegenüberliegend der Verriegelung (15) an dem ersten Antrieb (1a) und an dem zweiten Antrieb (1b) angeordnet sind, wobei die Verriegelung (15) über einen Hebel (27) jeweils mechanisch auf die ersten und zweiten Mitnehmer (8a, 8b) des ersten Antriebs (1a) des zweiten Antriebs (1b) wirkt.
Der erfindungsgemäße Antrieb kann insbesondere modular oder kompakt ausgeführt sein. Die Betätigung der Elektromagnete (7a, 7b) kann vorzugsweise über Gleichspannung und Kondensatorspeicher erfolgen.
Zur Lösung der genannten Aufgaben für eine Netzumschaltung (14) wird die Anordnung von zwei handelsüblichen Schalteinrichtungen (2) mit dazwischen angeordneten Antrieb Netzumschaltung (14), bestehend aus zwei Antrieben (1) mit oder ohne mechanischer Verriegelung (16) vorgeschlagen. Die mechanische Verriegelung (16) entfällt bei einer Netzumschaltung für unterbrechungsfreie Umschaltung und ist erforderlich bei einer Netzumschaltung mit variabler Umschaltverzögerungszeit bis 0,5 Sekunden. Für Netzumschaltungen (14) mit geringsten Umschaltverzögerungen werden beide Schalteinrichtungen über polaritätsgleiche Nullpunktschalter unmittelbar aufeinander folgend geschalten, wobei bspw. im Nulldurchgang von der positiven zur negativen Halbwelle der Spannung an der Schalteinrichtung der Hauptstromversorgung diese ausgeschaltet wird und im Nulldurchgang von der positiven zur negativen Halbwelle der Spannung an der Schalteinrichtung der Notstromversorgung diese eingeschaltet wird. In Abhängigkeit der Phasenverschiebung zwischen Hauptstromversorgung und Notstromversorgung mit jeweiliger Frequenz von 50 Hz beträgt die maximale Schaltverzögerung der Netzumschaltung 20 ms.
Außerdem erfolgt durch elektronische Einrichtungen die Erfassung des zeitlichen Verlaufs von Strom und Spannung an beiden Schalteinrichtungen und jeder Schaltvorgang erfolgt im Nulldurchgang der Spannung der jeweiligen Schalteinrichtung (2) unter Berücksichtigung der jeweiligen Schaltzeit über Regeleinrichtung unter Berücksichtigung der Schaltzeit der Elektromagnete für Ein- und Ausschalten des Antriebes und die Schaltzeit der Schalteinrichtung und einer maximalen Schaltspannung, sodass der Schaltvorgang um den Nulldurchgang der Spannung pendelt.
Die vorstehenden Aufgaben werden in einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Antriebs (1) gelöst, umfassend die Schritte a) Erfassen der Spannung am Ausgang der Schalteinrichtung (2) und des zeitlichen Verlaufs des Schaltvorganges der Schalteinrichtung (2) mittels eines ersten oberen Sensors (18a) und eines zweiten oberen Sensors (18b) für die Antriebsstellung oben und eines ersten unteren Sensors (19a) und eines zweiten unteren Sensors (19b) für die Antriebsstellung unten sowie über einen ersten Sensor (17a) und einen zweiten Sensor (17a) für die Schalterstellung erfasst b) Überwachen der Funktion der Schalteinrichtung (2) und des Antriebs (1) sowie Melden bei Abweichungen.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, erfolgt die Steuerung und Überwachung der Schalteinrichtung (2) über eine Steuereinheit im Antriebsgehäuse (6) des Antriebs (1) und die Einrichtungen werden zur Betätigung an der Schalteinrichtung (2) zur Meldung und Überwachung über Sensoren genutzt.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Kontakte im Nulldurchgang der Netzspannung mit einer Schaltzeit, die der zweifachen Zeit zwischen Nulldurchgang der Spannung und einer Lichtbogenzündspannung von vorzugsweise 20 V entspricht, über eine Regeleinrichtung dauernd zwischen positiver und negativer Lichtbogenzündspannung pendeln. Die vorstehenden Aufgaben werden in einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung gelöst, wobei die Netzumschaltung wahlweise
I) unterbrechungsfrei erfolgt, indem die beiden Schalteinrichtungen (2) zeitlich begrenzt überlappend über den jeweiligen Antrieb (1) geschaltet werden, oder
II) mit Unterbrechung erfolgt, indem i) über die beiden Schalteinrichtungen (2) innerhalb zumindest zwei aufeinander folgender Nullspannungsdurchgängen der Spannung einer Hauptstromversorgung (41) und der Spannung einer Notstromversorgung (42) zeitlich nacheinander über die Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung betätigt werden, indem der Nulldurchgang und die Polarität der Spannung der Hauptstromversorgung (41) und der Spannung der Notstromversorgung
(42) erfasst werden und jede Netzumschaltung unter Berücksichtigung von erfassten und gespeicherten Schaltzeiten des Antriebs (1) und der Schalteinrichtung (2) und der Spannung am Ausgang eines Netzumschalters
(43) geregelt über eine Regeleinrichtung erfolgt, ii) über die beiden Schalteinrichtungen (2) eine variable Umschaltzeit (Tschu) von 0,015 s bis 0,5 s erfolgt, indem die Anzahl der Nulldurchgänge der Spannung der Hauptstromversorgung (41) und der Nulldurchgänge der Spannung der Notstromversorgung (42) verändert werden und die Schaltspannung an den Kontakten beider Schalteinrichtungen (2) maximal einer parametrierbaren Lichtbogenspannung von mind. 20 V entspricht, iii) der zeitliche Verlauf der Spannung am Ausgang des Netzumschalters (43) vor der Netzumschaltung nach Ablauf der Umschaltzeit (Tschu) in gleicher Richtung fortgesetzt wird.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figur. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen: Figur 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebes 1 für Schalteinrichtung mit Ritzel,
Figur 2: eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebes 1 für Schalteinrichtung entsprechend Fig. 1 mit Schaltnocken zur Umwandlung der translatorischen Bewegung der Elektromagnete in eine Drehbewegung der Steuerachse und
Anpassung an Schalteinrichtung unterschiedlicher Hersteller über Adapterplatte 24,
Figur 3: eine Explosionsdarstellung einer zweipoligen Netzumschaltung mit erfindungsgemäßen Antrieben 1 und Schalteinrichtungen 2 mit Verriegelung 15 und Anordnung der Steuereinheit 26 zur Steuerung Vorortbedienung der
Netzumschaltung 14 in modularer Ausführung ohne Darstellung der Sensoren, Adapterplatte und Hutschiene,
Figur 4: eine Darstellung einer zweipoligen Netzumschaltung gemäß Fig. 3 in kompakter Ausführung mit seitlichen Führungen der Mitnehmer, Figur 5: eine schematische Darstellung Ansteuerung Antrieb Netzumschaltung 14 ohne Nullspannungs-Netzumschaltung
Figur 6: ein Zeitverlauf-Diagramm der Spannung Ausgang Netzumschalter 43 mit einer automatischen Netzumschaltung 14 von der Spannung Hauptstromversorgung 42 zur Spannung Notstromversorgung 42 mit Nullspannungsschaltung bei Spannungseinbruch der Spannung Hauptstromversorgung 41.
In Figur 1 ist ein Antrieb 1 für ein auf Hutschiene 4 angeordnete Schalteinrichtung 2 mit drehbarerer Steuerachse 3 dargestellt, die auf die nicht dargestellten beweglichen Kontakte der Schalteinrichtung 2 wirkt. Der Antrieb 1 besteht aus einem Antriebsgehäuse 6, in dem stirnseitig ein über Welle 13 drehbares Ritzel 5 angeordnet ist, das über Welle 13 mit der Steuerachse der Schalteinrichtung 29 verbunden ist. Beidseitig des Ritzels 5 und rechtwinklig zur Steuerachse 3 sind Mitnehmer 8a, 8b mit Zahnstange 9a, 9b angeordnet, die in das Ritzel 5 eingreifen. Die Mitnehmer werden über untere Führung 11a, 11b und obere Führung 10a, 10b im Antriebsgehäuse senkrecht zur Steuerachse und parallel zueinander geführt und durch die Magnetanker 12a, 12b von Elektromagneten über Druck ohne feste Kopplung mit diesen abwechselnd bewegt und damit eine Drehbewegung an der Steuerachse erzeugt und die Kontakte der Schalteinrichtung entsprechend geschalteten. Über den Bedienhebel Schalteinrichtung 16 wird in Abhängigkeit der Schaltstellung des Antriebes 1 die Schaltstellung der Schalteinrichtung 2 über Bedienhebel Schalteinrichtung 16 und Sensor Schaltwellenstellung 17a, 17b detektiert und an die nicht dargestellte Bedieneinheit übertragen, sodass in dieser die Funktion der mechanischen Bauteile des Antriebes 1 überwacht werden. Die Bedienung, Steuerung und Überwachung der Schalteinrichtung erfolgen über eine nicht dargestellte Bedieneinheit im oberen Teil des Antriebes 1. Die an der Schaleinrichtung vorhandenen Bedienelemente zur Vorortbedienung werden nur zur Rückmeldung über die Sensoren im Antrieb genutzt und sind durch entsprechende Abdeckungen im Antrieb nicht von außen zugänglich.
Alternativ zu Figur 1 ist in Figur 2 ein elektrischer Antrieb Schalteinrichtung 1 mit Schaltnocken 21 anstelle Ritzel und Zahnstange dargestellt. Der elektrische Antrieb 1 Schalteinrichtung besteht aus einem Antriebsgehäuse 6, in dem stirnseitig ein über Welle 13 drehbarer Schaltnocken 21 angeordnet ist, der über Welle 13 mit der Steuerachse der Schalteinrichtung 3 verbunden ist. Beidseitig des Schaltnocken 21 und rechtwinklig zur Steuerachse 3 sind Mitnehmer 8a, 8b mit Aussparungen vorhanden, in die der Schaltnocken eingreift. Die Mitnehmer werden über untere Führung 11a, 11b und obere Führung 10a, 10b im Antriebsgehäuse senkrecht zur Steuerachse und parallel zueinander geführt und durch die Magnetanker 12a, 12b von Elektromagneten über Druck ohne feste Kopplung mit diesen abwechselnd bewegt und damit eine Drehbewegung an der Steuerachse erzeugt und die Kontakte der Schalteinrichtung analog Figur 1 entsprechend geschaltet. Da die Schalteinrichtungen der Hersteller variable Abstände Steuerachse-Hutschienenachse 25 durch Differenzen zwischen Steuerachse (3) und Mitte Hutschienenbefestigungsachse 23 der Schalteinrichtung aufweisen, wird der Antrieb Schalteinrichtung 1 über Adapterplatte 24 mit verstellbarer Hutschienenachse 22 auf der Hutschiene des Schaltschrankes befestigt und dadurch die Differenzen ausgeglichen.
Figur 3 enthält eine Explosionsdarstellung einer Netzumschaltung 14 mit zwei erfindungsgemäßen Antrieben 1 , bestehend aus Antrieb Hauptstrom 32 und Antrieb Not strom 33 für zwei Schalteinrichtungen 2, bestehend aus zweipoliger Schalteinrichtung Hauptstrom 30 und zweipoliger Schalteinrichtung Notstrom 31 sowie Verriegelung 15 und Anordnung der Steuereinheit zwischen beiden Antrieben Schalteinrichtung 1 zur Steuerung, Überwachung und Meldung der Netzumschaltung 14 in modularer Ausführung ohne Darstellung der Sensoren und Hutschiene. Die mechanische Verriegelung der Schaltstellung der Schalteinrichtungen als zusätzliche Sicherung zur gegenseitigen elektrischen Verriegelung zur Vermeidung von Fehlschaltungen erfolgt über Hebel 27 mit Achse 28 in der Verriegelung 15, die durch die untere Führung 11a, 11b der beiden Antriebe für Umschaltungszeiten größer Null betätigt wird: Für unterbrechungsfreie Umschaltungen entfällt die Verriegelung 15 und die Umschaltung erfolgt überlappend. Die manuelle Vorortschaltung der Netzumschaltung 14 erfolgt über die Steuereinheit 26 und über die Schalthebel Schalteinrichtung 20. Über darüber angeordnete nicht dargestellte Sensoren erfolgt die Rückmeldung der Schaltstellung der beiden Schalteinrichtungen, sodass dadurch die Funktion des Antriebes Schalteinrichtung 1 bis zu den Schalteinrichtungen 2 überwacht wird und bspw. Bruch der Welle 13 oder Schaltnocken bzw. Ritzel 5 erkannt werden.
In Figur 4 ist eine zweipolige Netzumschaltung gemäß Figur 3 in kompakter Ausführung des Antriebes Netzumschaltung 16 mit seitlichen Führungen 29 der Mitnehmer 8a, 8b und Verriegelung 15 dargestellt.
Figur 5 ist eine schematische Darstellung der Ansteuerung Antrieb Netzumschaltung 14 ohne Nullspannungs-Netzumschaltung. Über Hauptstromversorgung 34 und Notstromversorgung 35 werden zwei Gleichspannungen über Gleichtrichter 36 erzeugt und über Kopplung Steuernetz 37 gekoppelt, sodass auch bei Ausfall eine Störung vermieden wird. Für jeden Elektromagnet 7a, 7b der Antriebe Hauptstrom 32 und Antriebe Notstrom 33 wird ein RC-Glied 38 als Spannungsspeicher angeordnet und über Ansteuerung 39 der jeweilige Elektromagnet 7a, 7b eingeschalten und über Sensor Antriebsstellung oben 18a, 18b abgeschaltet, sodass der Elektromagnet über eine in diesem vorhandene Feder den Magnetanker 12a, 12b zurück bewegt und der Mitnehmer 8a, 8b wegen loser Kopplung in der letzten Stellung verbleibt.
In Figur 6 ist ausschnittweise der zeitliche Verlauf der Spannung Hauptstrom 41, der Spannung Notstrom 42 und der Spannung Ausgang Netzumschalter 43 bei einer beispielhaften, automatischen Nullspannung Netzumschaltung 40 von der Hauptstromversorgung zur Notstromversorgung dargestellt. Zur Zeit tO entspricht aufgrund der nicht dargestellten Stellung der Schalteinrichtungen 2 bspw. die Spannung Ausgang Netzumschalter 43 der Spannung Hauptstromversorgung 40 und die Spannung Notstromversorgung (42) ist um die Phasenverschiebungszeit (Tv) ausgeschaltet.
Bis zur Zeit (t1‘) ist die Spannung Hauptstromversorgung 41 mit 100% Netzspannung (100 % UN) dargestellt. Zur Zeit (t2‘) hat sich die Spannung Hauptstromversorgung 41 auf bspw. 80 % Netzspannung (80 % UN) verringert, sodass die Ausgangsspannung Netzumschalter 43 zur Zeit (t2‘) ebenfalls verringert ist und damit die Funktionssicherheit der angeschlossene Verbraucher nicht mehr gewährleistet ist und die automatische Netzumschalteinrichtung 14 bspw. bei dieser Werten auf Notstromversorgung umschalten soll. Dazu wird die Spannung Hauptstromversorgung 41 beim nächsten Nulldurchgang zur Zeit (t3) abgeschaltet, indem die Abschaltzeit (tsa) unter Berücksichtigung der Polaritätsrichtung der Spannung Hauptstromversorgung 41 unter Berücksichtigung aller Zeitverluste des Antriebes Schalteinrichtung 1 und Schalteinrichtung 2 der Netzumschalteinrichtung 14 berechnet wird.
Entsprechend der Polarität der Spannung Notstromversorgung 42 wird zur Zeit (t4) die Spannung Notstromversorgung 42 im Nulldurchgang eingeschalten, indem die Einschaltzeit (tse) unter Berücksichtigung der Polaritätsrichtung der Spannung Notstromversorgung 42 unter Berücksichtigung aller Zeitverluste des Antriebes 1 Schalteinrichtung und Schalteinrichtung 2 der Netzumschaltung 14 berechnet wird und zur Zeit (Se) der Antrieb eingeschalten wird. Die Umschaltzeit (Tsu) ergibt sich aus der Zeit für eine Schwingung der Spannung Notstromversorgung 21, das sind bspw. bei einer Frequenz von 50 Hz 10 ms zuzüglich der Phasenverschiebung (Tv), bspw. bei 90 Grad 5 ms. Damit wird eine Umschaltzeit (Tu) von 15 ms erreicht.
Überteigt die Schaltspannung Hauptstrom (USCM) und oder Schaltspannung Notstrom (Usch2) bspw. eine Lichtbogenzündspannung von 20 V werden die Umschaltzeiten (tsa, tse) beibehalten und die Umschaltzeit (Tsu) über den jeweiligen Nulldurchgang bis zur Zeit (W) verlängert, bei dem die Schaltspannung Hauptstrom (USCM) und oder Schaltspannung Notstrom (Usch2) der Lichtbogenzündspannung entspricht.
Bezugszeichenliste
1 Antrieb Schalteinrichtung
1a erster Antrieb Schalteinrichtung
1b zweiter Antrieb Schalteinrichtung
2 Schalteinrichtung
3 Steuerachse
4 Hutschiene
5 Ritzel
6 Antriebsgehäuse
7a, 7b Elektromagnet 8a, 8b Mitnehmer 9a, 9b Zahnstange 9c erste Ausnehmung 9d zweite Ausnehmung
10a, 10b obere Führung 11a, 11b untere Führung 12a, 12b Magnetanker
13 Welle
14 Netzumschalteinrichtung
15 Verriegelung
16 Antrieb Netzumschalteinrichtung
17a, 17b Sensor Schalterstellung 18a, 18b Sensor Antriebsstellung oben 19a, 19b Sensor Antriebsstellung unten 20 Schalthebel Schalteinrichtung 21 Schaltnocken 22 Antriebsachse h
23 Hutschienenbefestigungsachse
24 Adapterplatte
25 Abstand Steuerachse-Hutschienenbefestigungsachse
26 Steuereinheit
27 Hebel
28 Achse
29 seitliche Führung
30 zweipolige Schalteinrichtung Hauptstrom 31 zweipolige Schalteinrichtung Notstrom
32 Antrieb Schalteinrichtung Hauptstrom
33 Antrieb Schalteinrichtung Notstrom
34 Stromversorgung Hauptstrom 35 Stromversorgung Notstrom
36 Gleichrichter
37 Kopplung Steuernetz
38 Spannungsspeicher
39 Ansteuerung 40 Nullspannungs-Netzumschaltung
41 Spannung Hauptstromversorgung
42 Spannung Notstromversorgung
43 Spannung Ausgang Netzumschalter tO bis t3 Nulldurchgang Spannung Hauptstromversorgung t0’ bis t4‘ Nulldurchgang Spannung Notstromversorgung Tv Phasenverschiebungszeit tsa Ausschaltbeginn tse Einschaltbeginn Tsu Umschaltzeit
Uschi Schaltspannung Hauptstrom
Usch2 Schaltspannung Notstrom

Claims

Patentansprüche
1. Antrieb (1) zur Betätigung einer elektrischen Schalteinrichtung (2), wobei die elektrische Schalteinrichtung (2) eine drehbare Steuerachse (3) und bewegliche Kontakte aufweist, umfassend ein Antriebsgehäuse (6), welches Mittel zur Befestigung auf einer Hutschiene (4) aufweist, einen ersten Elektromagneten (7a) mit einem ersten translativ beweglichen Magnetanker (12a), einen parallel zu dem ersten Elektromagneten (7a) angeordneten zweiten Elektromagneten (7b) mit einem zweiten translativ beweglichen Magnetanker (12b), wobei der erste Elektromagnet (7a) und der zweite Elektromagnet (7b) senkrecht zu der Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) ausgerichtet sind, eine erste untere Führung (11a) und eine erste obere Führung (10a) sowie eine zweite untere Führung (11b) und eine zweite obere Führung (10b), die richtungsgleich für den ersten Magnetanker (12a) und den zweiten Magnetanker (12b) angeordnet sind, einen ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und einen zweiten beweglichen Mitnehmer (8b), welche jeweils ein Betätigungselement (9a, 9b, 9c, 9d) aufweisen, wobei der erste bewegliche Mitnehmer (8a) und der zweite bewegliche Mitnehmer (8b) parallel zu dem ersten Magnetanker (12a) und dem zweiten Magnetanker (12b) angeordnet sind und in mechanischer Wirkverbindung mit diesen stehen, eine auf der Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) angeordnete Welle (13), welche mit einem Stellelement (5, 21) versehen ist, wobei die
Betätigungselemente (9s, 9b, 9c, 9d) mit dem Stellelement (5, 21) in mechanischer Wrkverbindung stehen, so dass die translative Bewegung der beweglichen Magnetanker (12a, 12b) in eine Drehbewegung der auf der Steuerachse (3) angeordnete Welle (13) umsetzbar ist.
2. Antrieb (1) nach Anspruch 1, wobei die Längsachsen des ersten Elektromagneten (7a) und des zweiten Elektromagneten (7b) einander gegenüberliegend und im gleichen Abstand zur Ebene Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) angeordnet sind.
3. Antrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine an dem Antriebsgehäuse (6) vorgesehene Adapterplatte (24) mit Mitteln zur Befestigung auf der Hutschiene (4), wobei die Adapterplatte (24) Einrichtungen zum Ausrichten der Antriebsachse des Antriebs (1) in Bezug auf die Steuerachse (3) der Schalteinrichtung (2) aufweist.
4. Antrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Betätigungselement ausgeführt ist als eine erste Zahnstange (9a) an dem ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und als eine zweite Zahnstange (9b) an dem zweiten beweglichen Mitnehmer (8b) und wobei das Stellelement (5, 21) ausgeführt ist als Ritzel (5), wobei die erste Zahnstange (9a) und die zweite Zahnstange (9b) mit dem Ritzel (5) in Eingriff stehen.
5. Antrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Betätigungselement ausgeführt ist als eine erste Ausnehmung (9c) in dem ersten beweglichen Mitnehmer (8a) und als eine zweite Ausnehmung (9d) in dem zweiten beweglichen Mitnehmer (8b) und wobei das Stellelement (5, 21) ausgeführt ist als Schaltnocken (21), wobei die erste Ausnehmung (9c) und die zweite Ausnehmung (9d) mit dem Schaltnocken (21) in Wirkverbindung stehen.
6. Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung, umfassend einen ersten Antrieb (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einen zweiten Antrieb (1b) nach einem der Ansprüchel bis 5, eine zwischen dem ersten Antrieb (1a) und dem zweiten Antrieb (1b) angeordnete Verriegelung (15), zwei Schalteinrichtungen (2), die jeweils gegenüberliegend der Verriegelung (15) an dem ersten Antrieb (1a) und an dem zweiten Antrieb (1b) angeordnet sind, wobei die Verriegelung (15) über einen Hebel (27) jeweils mechanisch auf die ersten und zweiten Mitnehmer (8a, 8b) des ersten Antriebs (1a) des zweiten Antriebs (1b) wirkt.
7. Verfahren zum Betreiben eines Antriebs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Schritte a) Erfassen der Spannung am Ausgang der Schalteinrichtung (2) und des zeitlichen Verlaufs des Schaltvorganges der Schalteinrichtung (2) mittels eines ersten oberen Sensors (18a) und eines zweiten oberen Sensors (18b) für die Antriebsstellung oben und eines ersten unteren Sensors (19a) und eines zweiten unteren Sensors (19b) für die Antriebsstellung unten sowie über einen ersten Sensor (17a) und einen zweiten Sensor (17a) für die Schalterstellung erfasst b) Überwachen der Funktion der Schalteinrichtung (2) und des Antriebs (1) sowie Melden bei Abweichungen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Steuerung und Überwachung der Schalteinrichtung (2) über eine Steuereinheit im Antriebsgehäuse (6) des Antriebs (1) erfolgt und die Einrichtungen zur Betätigung an der Schalteinrichtung (2) zur Meldung und Überwachung über Sensoren genutzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Kontakte im Nulldurchgang der Netzspannung mit einer Schaltzeit, die der zweifachen Zeit zwischen Nulldurchgang der Spannung und einer Lichtbogenzündspannung von vorzugsweise 20 V entspricht, über eine Regeleinrichtung dauernd zwischen positiver und negativer Lichtbogenzündspannung pendeln.
10. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung nach Anspruch 6, wobei die Netzumschaltung wahlweise
I) unterbrechungsfrei erfolgt, indem die beiden Schalteinrichtungen (2) zeitlich begrenzt überlappend über den jeweiligen Antrieb (1) geschaltet werden, oder
II) mit Unterbrechung erfolgt, indem i) über die beiden Schalteinrichtungen (2) innerhalb zumindest zwei aufeinander folgender Nullspannungsdurchgängen der Spannung einer Hauptstromversorgung (41) und der Spannung einer Notstromversorgung (42) zeitlich nacheinander über die Vorrichtung (16) zur Netzumschaltung betätigt werden, indem der Nulldurchgang und die Polarität der Spannung der Hauptstromversorgung (41) und der Spannung der Notstromversorgung
(42) erfasst werden und jede Netzumschaltung unter Berücksichtigung von erfassten und gespeicherten Schaltzeiten des Antriebs (1) und der Schalteinrichtung (2) und der Spannung am Ausgang eines Netzumschalters
(43) geregelt über eine Regeleinrichtung erfolgt, ii) über die beiden Schalteinrichtungen (2) eine variable Umschaltzeit (Tschu) von 0,015 s bis 0,5 s erfolgt, indem die Anzahl der Nulldurchgänge der Spannung der Hauptstromversorgung (41) und der Nulldurchgänge der Spannung der Notstromversorgung (42) verändert werden und die Schaltspannung an den Kontakten beider Schalteinrichtungen (2) maximal einer parametrierbaren Lichtbogenspannung von mind. 20 V entspricht, iii) der zeitliche Verlauf der Spannung am Ausgang des Netzumschalters (43) vor der Netzumschaltung nach Ablauf der Umschaltzeit (Tschu) in gleicher Richtung fortgesetzt wird.
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