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Dokumentenidentifikation DE102005050693A1 26.04.2007
Titel Verklinkungsvorrichtung für einen Leistungsschalter
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Freundt, Karsten, Dr., 14612 Falkensee, DE;
Happel, Kathrin, 64289 Darmstadt, DE;
Kampf, Marcus, Dr., 12159 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 18.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005050693
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse H01H 33/40(2006.01)A, F, I, 20051018, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01H 9/24(2006.01)A, L, I, 20051018, B, H, DE   H01H 71/32(2006.01)A, L, I, 20051018, B, H, DE   H01H 33/50(2006.01)A, L, I, 20051018, B, H, DE   
Zusammenfassung Um eine Verklinkungsvorrichtung für einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Schaltkontakt und einem relativ zu diesem mittels einer Antriebsvorrichtung zum Ein- und Ausschalten betätigbaren bewegbaren Schaltkontakt sowie mit einer auslösbaren Klinkenanordnung zur Verklinkung des bewegbaren Schaltkontaktes und mit einem Kraftspeicherelement zur Trennung des bewegbaren Schaltkontaktes von dem feststehenden Schaltkontakt, wobei ein Magnetauslöser mit einer Auslösespule zum Auslösen der Klinkenanordnung vorgesehen ist, die sich durch einen kostengünstigen Aufbau und eine zuverlässige Wirkungsweise auszeichnet, wird vorgeschlagen, dass der Magnetauslöser ein Permanentmagnetsystem aufweist und die Auslösespule derart beaufschlagt ist, dass ein von ihr erzeugtes Magnetfeld dem Magnetfeld des Permanentmagnetsystems entgegengerichtet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Verklinkungsvorrichtung für einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Schaltkontakt und einem relativ zu diesem mittels einer Antriebsvorrichtung zum Ein- und Ausschalten betätigbaren bewegbaren Schaltkontakt sowie mit einer auslösbaren Klinkenanordnung zur Verklinkung des bewegbaren Schaltkontaktes und mit einem Kraftspeicherelement zur Trennung des bewegbaren Schaltkontaktes von dem feststehenden Schaltkontakt, wobei ein Magnetauslöser mit einer Auslösespule zum Auslösen der Klinkenanordnung vorgesehen ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 40 21 945 C2 bekannt. Die DE 40 21 945 C2 offenbart eine Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen und ist vorzugsweise für Transformatorabzweige in Mittelspannungsschaltanlagen vorgesehen. Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einem feststehenden und einem bewegbaren Schaltkontakt sowie einer Ausschaltfeder als Kraftspeicherelement, welche durch eine mittels eines Magnetauslösers lösbaren Verklinkung als Klinkenanordnung beim Auftreten eines Fehlerstromes den bewegbaren Schaltkontakt vom feststehenden Schaltkontakt trennt. Der Magnetauslöser wird bei dieser Vorrichtung über einen Stromwandler gesteuert, welcher beim Auftreten eines Fehlerstroms in einer Auslösepule des Magnetauslösers einen Strom generiert, wodurch in einem ferromagnetischen Körper ein Magnetfeld erzeugt wird. Durch dieses Magnetfeld wird eine Kraft auf einen Magnetanker der Klinkenanordnung ausgeübt. Die Klinkenanordnung umfasst Klemmkörper, welche in einer verklinkenden Position die Bewegung eines Druckstückes verhindern. Durch den Magnetauslöser werden die Klemmkörper freigegeben, wodurch die auf das Druckstück wirkende Kraft der Ausschaltfeder eine Bewegung desselben bewirkt und die Schaltkontakte des Schalters trennt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verklinkungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art auszubilden, welche sich durch einen kostengünstigen Aufbau und eine zuverlässige Wirkungsweise auszeichnet.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Magnetauslöser ein Permanentmagnetsystem aufweist und die Auslösespule zum Auslösen der Klinkenanordnung derart beaufschlagt ist, dass ein von ihr erzeugtes Magnetfeld dem Magnetfeld des Permanentmagnetsystems entgegengerichtet ist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch den Magnetauslöser einerseits eine Haltekraft auf die Klinkenanordnung bei geschlossenen Schaltkontakten auszuüben und andererseits diese Haltekraft aufzuheben, um über die Klinkenanordnung die Schaltkontakte zu trennen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auslösespule mit einem aus einem Fehlerstrom im Netz mit dem Leistungsschalter abgeleiteten Strom beaufschlagt. Dadurch wird in einfacher Weise eine Auslösung bei einem Fehlerstrom ermöglicht.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Auslösespule eine Steuereinrichtung vorgeordnet, die bei einem Spannungsabfall im Netz mit dem Leistungsschalter einen zum Auslösen geeigneten Steuerstrom für die Auslösespule erzeugt. Mittels einer derartigen Steuereinrichtung ist es in einfacher Weise möglich, die Auslösespule und damit die Bewegung der Klinkenanordnung zwischen einer verklinkenden und einer ausgelösten Position auch dann zu steuern, wenn ein Spannungsabfall ein Abschalten des Leistungsschalters erfordert.

Die Klinkenanordnung der erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung kann verschiedenartig ausgebildet sein, beispielsweise wie in der eingangs erwähnten DE 40 21 945 C2.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Klinkenanordnung eine an einer Drehachse gelagerte Klinke, welche zur Bewegung zwischen einer ersten, einen mit dem Kraftspeicherelement gekoppelten Schalterwellenhebel verklinkenden Position und einer zweiten, den Schalterwellenhebel freigebenden Position durch den Magnetauslöser steuerbar ist. Durch eine derartige Klinke wird in einfacher und vorteilhafter Weise die Klinkenanordnung der erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Klinkenanordnung an einem ersten Ende einen Positionsstift sowie an einem zweiten Ende ein Zugfederelement und einen dem Permanentmagnetsystem zugeordneten Magnetanker auf. Eine solche Anordnung bewirkt in vorteilhafter Weise ein Drehmoment für eine Drehung der Klinke in Richtung des Permanentmagnetsystems, wobei durch den Positionsstift in einfacher Weise eine Führung der Klinke entlang des Schalterwellenhebels bei einem Verklinkungs- bzw. Auslösevorgang ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Klinke an dem ersten Ende eine kreissegmentförmige Kontur auf, deren Mittelpunkt von der Drehachse der Klinke derart beabstandet ist, dass von einer von dem Schalterwellenhebel auf die Klinke wirkenden Kraft ein Gegendrehmoment zu den von dem Zugfederelement und dem Permanentmagnetsystem erzeugten Drehmomenten gebildet wird. Durch eine derartige Kontur des ersten Endes der Klinke ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass eine von dem Kraftspeicherelement über den Schalterwellenhebel auf die Klinke wirkende Kraft an der Drehachse der Klinke ein Moment erzeugt, welches den vom Zugfederelement und Permanentmagnetsystem erzeugten Drehmomenten entgegengerichtet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist am Schalterwellenhebel eine drehbar gelagerte Rolle vorgesehen. Eine derartige Rolle ist vorteilhaft zur Übertragung der vom Kraftspeicherelement auf den Schalterwellenhebel wirkenden Kraft an die Klinke.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist die Klinke mit einer Auslösehebelanordnung gekoppelt. Eine solche Auslösehebelanordnung bietet eine einfache Möglichkeit, eine mechanische Auslösung der Klinke aus der Verklinkungsposition zu realisieren.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung in einer verklinkten Position;

2 eine Detailansicht der Verklinkungsvorrichtung aus 1 in einer ausgelösten Position;

3 eine Detailansicht der Verklinkungsvorrichtung aus 1 in einer verklinkten Position;

4 eine weitere Detailansicht der Klinke der erfindungsgemäßen Verklinkungsvorrichtung;

5 eine Detailansicht der 4.

1 zeigt eine Verklinkungsvorrichtung 1 für einen Leistungsschalter, dessen Schalterwelle 2 über einen Schalterwellenhebel 3 einen figürlich nicht dargestellten beweglichen Schaltkontakt zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung mit einem ebenfalls figürlich nicht dargestellten festen Schaltkontakt steuert. An einer Achse 4 des Schalterwellenhebels 3 ist eine Rolle 5 drehbar gelagert. Eine Klinke 6 ist mittels einer Achse 7 drehbar an einem Trägerelement 8 des Leistungsschalters angeordnet. Die Klinke 6 weist ein erstes Ende 9, welches mit der Rolle 5 der Schalterwelle 2 zusammenwirkt, sowie ein zweites Ende 10, welches mit einer Fixierungsanordnung 11 zusammenwirkt, auf. Am zweiten Ende 10 der Klinke 6 ist mittels eines Befestigungselements 12 ein erstes Ende eines Zugfederelementes 13 befestigt. Das Zugfederelement 13 ist an seinem zweiten Ende an einem Befestigungszapfen 14 des Trägerelementes 8 fixiert. Das zweite Ende 10 der Klinke 6 weist ferner einen Magnetanker 15 auf. Am Trägerelement 8 ist ein Magnetsystem 16 angeordnet, welches einen Permanentmagneten 17 sowie eine Spule 18 umfasst. Am ersten Ende 9 der Klinke 6 ist ein Positionsstift 19 zur Führung der Klinke 6 entlang einer Außenkontur 20 des Schalterwellenhebels 3 der Schalterwelle 2 angeordnet. Die Schalterwelle 2 weist ferner ein Befestigungselement 21 auf, an welchem ein figürlich ebenfalls nicht dargestelltes Kraftspeicherelement in Form eines Ausschaltenergiespeicherfederelementes zur Steuerung des Antriebsmechanismus für den bewegbaren Schaltkontakt des Leistungsschalters angelenkt ist. Die Schalterwelle 2 wird bei einem derartigen Leistungsschalter über figürlich nicht dargestellte Antriebsmittel zum Bewegen der Schaltkontakte gesteuert.

In 2 ist die Verklinkungsvorrichtung 1 in einer ersten Position dargestellt, in welcher sich die Schaltkontakte des Leistungsschalters in einer geöffneten Position befinden und ein Schaltvorgang des Leistungsschalters vorbereitet ist. Das am zweiten Ende 10 der Klinke 6 befestigte Zugfederelement 13 übt in dieser Position der Klinke 6 eine Zugkraft in Richtung des Pfeiles A auf die Klinke 6 aus, wodurch der Positionsstift 19 an der Außenkontur 20 der Schalterwelle 2 anliegt. Der Magnetanker 15 ist vom Magnetsystem 16 beabstandet, wobei die Drehung der Klinke 6 um die Achse 7 durch den an dem Schalterwellenhebel 3 anliegenden Positionsstift 19 verhindert wird.

Wird ein Schaltvorgang des Leistungsschalters ausgelöst, wird über den Antriebsmechanismus die Schalterwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 zu einer Drehung in Richtung des Bewegungspfeiles B im Uhrzeigersinn veranlasst. Bei einer derartigen Drehung gleitet der Positionsstift 19 entlang der Außenkontur 20 des Schalterwellenhebels 3, bis die Schalterwelle 2 und der Schalterwellenhebel 3 den Schaltvorgang der Schaltkontakte des Leistungsschalters ausgelöst haben. Die Schaltwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 bewegt sich bei diesem Schaltvorgang im Uhrzeigersinn, wobei schließlich der Positionsstift 19 die Außenkontur 20 verlässt und das freie Ende der Klinke 6 an der Rolle 5 des Schalterwellenhebels 3 anliegt und durch die von dem Zugfederelement 13 ausgeübte Kraft zu einer Drehung im Uhrzeigersinn um die Achse 7 veranlasst wird. Bei diesem Schaltvorgang wird auch das am Befestigungselement angelagerte Kraftspeicherelement gespannt.

3 zeigt die Verklinkungsvorrichtung nach einem ausgeführten Schaltvorgang des Leistungsschalters. Die Schalterwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 befinden sich in einer Position, in welcher über den am Befestigungselement 21 angeordneten Antriebsmechanismus die Schaltkontakte des Leistungsschalters in einer geschlossenen Position sind. Die Klinke 6 ist durch die Bewegung der Schalterwelle 2 in Richtung des Bewegungspfeils B zu einer Drehung im Uhrzeigersinn um die Drehachse 7 durch die von dem Zugfederelement 13 ausgeübte Kraft veranlasst worden und befindet sich in der 3 in einer die Schalterwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 verklinkenden Position, in welcher der Magnetanker 15 mit dem Magnetsystem 16 in Kontakt befindlich ist. Das erste Ende 9 der Klinke 6 wirkt als Arretierung des Schalterwellenhebels 3 bzw. der Rolle 5 am Schalterwellenhebel 3. Das figürlich nicht dargestellte und am Befestigungselement 21 angeordnete Kraftspeicherelement, welches während des Schaltvorganges gespannt wurde, erzeugt in dieser Stellung eine rücktreibende Kraft auf den Schalterwellenhebel 3 bzw. die Schalterwelle 2, welche nicht ausreicht, um den Verklinkungsmechanismus auszulösen, da sich der Magnetanker 15 im Kontakt mit dem Magnetsystem 16 befindet, so dass die insgesamt auf die Klinke 6 wirkende Kraft durch das Zugfederelement 13 und das Magnetsystem 16 größer sind als die vom Ausschaltenergiespeicher über den Schalterwellenhebel 3 auf die Klinke übertragene Kraft.

4 zeigt eine Ansicht der Klinke 6 mit den auf die Klinke 6 wirkenden Kräften und 5 eine Detailansicht daraus. Auf die Klinke 6, welche an der Drehachse 7 als Drehpunkt drehbar gelagert ist, wirkt eine Kraft F1, welche von dem Zugfederelement 13 bewirkt wird. Ferner wirkt eine Kraft F2 durch den Permanentmagneten 17 des Magnetsystems 16 auf den Magnetanker 15 der Klinke 6. Die den Kräften zuzuordnen Drehmomente im Drehpunkt der Drehachse 7 werden über die jeweiligen Hebelarme h1 als Abstand von Drehachse zu Zugfederelementangriffspunkt und h2 als Abstand zu Drehachse zu Magnetkraft F2 Angriffspunkt definiert. Am ersten Ende 9 der Klinke 6 wirkt eine Kraft F3, welche über den mit der Schalterwelle 2 bzw. dem Schalterwellenhebel 3 verbundenen Ausschaltenergiespeicher auf das Ende 9 der Klinke 6 übertragen wird. Die Kontur des Klinkenendes 9 ist dabei derartig ausgebildet, dass die Radialkomponente F3 der vom Schalterwellenhebel 3 übertragenen Kraft exzentrisch bezüglich des Drehpunktes der Drehachse 7 angreift, so dass im Drehpunkt durch die Kraft F3 ebenfalls ein Drehmoment gebildet wird, welches den Drehmomenten von Zugfederelement und Permanentmagnetsystem entgegengerichtet ist. Das im Drehpunkt der Drehachse 7 erzeugte Gegendrehmoment durch die Kraft F3 wird über den Hebelarm h3 entsprechend dem Abstanddrehpunkt und Wirkungspunkt der Kraft F3 definiert. Die an der Drehachse 7 wirkenden Drehmomente sind

durch Zugfederelement: F1 × h1

durch Permanentmagnetsystem: F2 × h2

durch Kraftspeicherelement: F3 × h3

Aufgrund der entgegengesetzten Richtung des durch die Kraft F3 erzeugten Gegendrehmomentes weist dieses bei der Addition der Drehmomente ein entgegengesetztes Vorzeichen auf.

Für die Summe dieser Momente gilt F1 × h1 + F2 × h2 – F3 × h3 > 0 so dass das aus den Kräften F1 und F2 resultierende Haltemoment größer ist als das aus der Kraft F3 resultierende Gegendrehmoment auf die Klinke 6, und die Klinke 6 die Schalterwelle 2 bzw. den Schalterwellenhebel 3 verklinkt.

Über die Spule 18 des Magnetsystems 16 kann ein dem Magnetfeld des Permanentmagneten 17 entgegenwirkendes, zusätzliches Magnetfeld generiert werden, so dass die vom Permanentmagnet 17 auf den Magnetanker 15 wirkende Kraft durch eine von der Spule erzeugte magnetische Gegenkraft aufgehoben wird, und das Magnetsystem 16 insgesamt keine Kraft auf den Magnetanker 15 ausübt.

In diesem Fall lautet die Momentenbilanz im Drehpunkt der Klinke 6: F1 × h1 – F3 × h3 < 0

Damit ist das über den Schalterwellenhebel 3 auf die Klinke 6 wirkende Gegendrehmoment größer als das von dem Zugfederelement 13 erzeugte Moment, so dass die Klinke 6 zu einer Drehung um ihre Drehachse 7 im Gegenuhrzeigersinn veranlasst wird, wobei das erste Ende 9 der Klinke 6 entlang der Rolle 5 gleitet und diese schließlich frei gibt, so dass sich die Schaltwelle 2 mit dem Schalterwellenhebel 3 ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn durch das vom am Befestigungselement 21 angeordneten Ausschaltenergiespeicher übertragene Moment in die ausgelöste Position des Leistungsschalters bewegen kann.

Die Spule 18 des Magnetsystems 16 ist mit einer Steuerungs- und Regelungseinheit des Leistungsschalters verbunden, welche wiederum mit Strom- bzw. Spannungssensoren, die am Leistungsschalter angeordnet sind, verbunden ist. Durch die Strom- bzw. Spannungssensoren wird der Zustand des Leistungsschalters überwacht. Stromsensoren sind beispielsweise vorgesehen zur Arbeitsstromüberwachung oder zur Detektion eines im Fehlerfall auftretenden Überstromes. Spannungssensoren sind vorgesehen, um die an einer Sammelschienenanordnung anliegende Spannung zu überwachen. Unterschreitet diese Spannung beispielsweise einen bestimmten Schwellwert, oder wird von einem Stromsensor ein Überstrom detektiert, so liegt also eine Störung der Anlage bzw. des Leistungsschalters vor. Über das mit den Sensoren verbundene Steuerungs- und Regelungssystem wird ein Strom in der Spule 18 des Magnetsystems 16 ausgelöst, so dass die magnetische Haltekraft des Permanentmagneten 17 aufgehoben wird und die Verklinkungsvorrichtung ausgelöst wird.

Somit wird im Fehlerfall, beispielsweise bei Unterschreiten der Spannung bzw. durch einen Fehlerüberstrom, ein Auslösen des Leistungsschalters und eine Trennung der Schaltkontakte realisiert.

1
Verklinkungsvorrichtung
2
Schalterwelle
3
Schalterwellenhebel
4
Achse
5
Rolle
6
Klinke
7
Achse
8
Trägerelement
9
erstes Ende
10
zweites Ende
11
Fixierungsanordnung
12
Befestigungselement
13
Zugfederelement
14
Befestigungszapfen
15
Magnetanker
16
Magnetsystem
17
Permanentmagnet
18
Spule
19
Positionsstift
20
Außenkontur
21
Befestigungselement


Anspruch[de]
Verklinkungsvorrichtung (1) für einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Schaltkontakt und einem relativ zu diesem mittels einer Antriebsvorrichtung zum Ein- und Ausschalten betätigbaren bewegbaren Schaltkontakt sowie mit einer auslösbaren Klinkenanordnung (6, 7) zur Verklinkung des bewegbaren Schaltkontaktes und mit einem Kraftspeicherelement zur Trennung des bewegbaren Schaltkontaktes von dem feststehenden Schaltkontakt, wobei ein Magnetauslöser (16, 17, 18) mit einer Auslösespule (18) zum Auslösen der Klinkenanordnung (6,7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetauslöser (16, 17, 18) ein Permanentmagnetsystem (17) aufweist und die Auslösespule (18) derart beaufschlagt ist, dass ein von ihr erzeugtes Magnetfeld dem Magnetfeld des Permanentmagnetsystems (17) entgegengerichtet ist. Verklinkungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösespule (18) mit einem aus einem Fehlerstrom abgeleiteten Strom beaufschlagt ist. Verklinkungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösespule (18) eine Steuereinrichtung vorgeordnet ist, die bei einem Spannungsabfall im Netz mit dem Leistungsschalter einen zum Auslösen geeigneten Steuerstrom für die Auslösespule (18) erzeugt. Verklinkungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinkenanordnung (6, 7) eine an einer Drehachse (7) gelagerte Klinke (6) umfasst, welche zur Bewegung zwischen einer ersten, einen mit dem Kraftspeicherelement gekoppelten Schalterwellenhebel (3) verklinkenden Position und einer zweiten, den Schalterwellenhebel (3) freigebenden Position durch den Magnetauslöser (16, 17, 18) steuerbar ist. Verklinkungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinkenanordnung (6, 7) an einem ersten Ende einen Positionsstift (19) sowie an einem zweiten Ende ein Zugfederelement (13) und einen Magnetanker (15) aufweist. Verklinkungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinke (6) an einem ersten Ende (9) eine kreissegmentförmige Kontur aufweist, deren Mittelpunkt von der Drehachse (7) der Klinke (6) derart beabstandet ist, dass von einer von dem Schalterwellenhebel (3) auf die Klinke (6) wirkenden Kraft ein Gegendrehmoment zu den von dem Zugfederelement (13) und dem Permanentmagnetsystem (17) erzeugten Drehmomenten gebildet wird. Verklinkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Schalterwellenhebel (3) eine drehbar gelagerte Rolle (5) vorgesehen ist. Verklinkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinke (6) mit einer Auslösehebelanordnung gekoppelt ist.






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