EP0658909A1 - Antriebsvorrichtung für einen Leistungsschalter - Google Patents

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EP0658909A1
EP0658909A1 EP93120052A EP93120052A EP0658909A1 EP 0658909 A1 EP0658909 A1 EP 0658909A1 EP 93120052 A EP93120052 A EP 93120052A EP 93120052 A EP93120052 A EP 93120052A EP 0658909 A1 EP0658909 A1 EP 0658909A1
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EP
European Patent Office
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section
switch
cam
radius
pawl
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EP93120052A
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EP0658909B1 (de
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Rolf Niklaus
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General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
GEC Alsthom T&D AG
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Priority to AT93120052T priority patent/ATE144646T1/de
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Priority to JP6323505A priority patent/JPH07201247A/ja
Priority to US08/350,878 priority patent/US5541378A/en
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
    • H01H3/3005—Charging means
    • H01H3/3026—Charging means in which the closing spring charges the opening spring or vice versa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
    • H01H2003/3084—Kinetic energy of moving parts recuperated by transformation into potential energy in closing or opening spring to be used in next operation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/42—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using cam or eccentric
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2101—Cams

Definitions

  • the present invention relates to a drive device for a circuit breaker, in particular for medium and high voltage, according to the preamble of claim 1.
  • a drive device of this type is disclosed in DE-A-25 17 134.
  • a cam On a shaft rotatably mounted about its axis, on which an energy storage device designed as a tension spring acts eccentrically, a cam is seated in a rotationally fixed manner, the cam track of which has a first section, the radius of which increases steadily with increasing azimuth against the direction of rotation of the shaft.
  • At the rear end of the first section in the direction of rotation there is a second section running approximately in the radial direction with an abruptly decreasing radius, to which a third section adjoins the direction of rotation, which extends to the beginning of the first section and has a radius that corresponds approximately to the radius at the beginning of the first section.
  • a switching shaft connected to the movable contact of the circuit breaker is arranged parallel to the shaft and on it there sits a disk in a rotationally fixed manner, from which a peg-like follower projects eccentrically with respect to the axis of the switching shaft.
  • the shaft is also connected to an opening spring.
  • the disk On its circumference, the disk has a latching recess which is intended to cooperate with an opening pawl of a pawl device.
  • the shaft is rotated in the direction of rotation beyond the unstable dead center and held there supported by a closing pawl.
  • the release pawl is released, causing the shaft to rotate in the direction of rotation due to the force of the switch-on spring.
  • the cam section runs with its first section on the follower and swivels the shift shaft from its switch-off position to the switch-on position and by an overtravel as it rotates further. This overstroke is generally necessary to ensure that the latching device engages.
  • the switch-off spring accelerates the selector shaft until it is in contact with the switch-off pawl.
  • the pawl device therefore not only has to support the force of the switch-off spring, but also has to absorb the additional impact stress caused by striking the switch-off pawl.
  • the shaft rotates by approximately 180 °, the excess energy being recuperated into the switch-on spring by turning beyond the stable dead center position.
  • a cam disk which can be rotated in the direction of rotation by 360 ° by means of switch-on springs for switching on the switch has a cam track with a first and a second section.
  • the radius of the first section increases with the azimuth increasing counter to the direction of rotation, spiraling over an angle of almost 360 °.
  • the abruptly falling second section extends approximately in the radial direction.
  • a follower designed as a roller cooperates with the cam disc, which is mounted on one end of a two-armed lever, the other end of which is intended to interact with a latching device and which is connected to the movable contact of the circuit breaker and an opening spring.
  • the lever Due to the pulse-like rotation of the cam disc by 360 °, the lever is moved from its switch-off position from the first section, while simultaneously switching on the switch and tensioning the switch-off spring, into the switch-on position and beyond. If the first section runs from the follower, the switch-off spring accelerates the lever in the opposite direction until it is in contact with the latch device.
  • the pawl device also has to absorb the dynamic force due to the lever being opened.
  • a drive device having a cam disk which has a different construction and a different mode of operation than the two aforementioned drive devices, is disclosed in EP-A-0 150 756.
  • a roller-like follower interacting with the cam track of the cam is arranged on a lever that is operatively connected to the closing spring.
  • the cam track of the cam disk which can be driven in the direction of rotation by means of a motor or by hand, has a first section with an increasing azimuth opposite to the direction of rotation. Contrary to the direction of rotation, a section adjoins this first section with an increasing azimuth, gradually decreasing radius, to which in turn adjoins a second section running essentially in the radial direction, followed on the inside by the first section.
  • the closing spring When the closing spring is relaxed, the next link is at the beginning of the first section.
  • the closing spring is tensioned by slowly rotating the cam disc in the direction of rotation by a little less than 360 ° until the end of the first section.
  • the closing spring drives the cam disc in the direction of rotation.
  • the cam disc now uncoupled from the engine is prevented from turning further by means of a ratchet device.
  • the pawl device To turn on the circuit breaker connected to the drive device, the pawl device is energized to release the cam. This begins to rotate under the force of the closing spring acting via the lever and the follower reaches the abruptly falling second section, so that the cam disc no longer exerts any counterforce against the action of the closing spring.
  • the pawl device Since the follower lies against an intermediate section of the cam track until it is supported on the pawl device, the pawl device runs onto it at a low speed, so that the dynamic impact forces are considerably reduced or even avoided.
  • the pawl device can thus be dimensioned for the static force effect of the opening spring and the reduced dynamic impact forces, which enables a light, space-saving construction of the pawl device and the entire drive device. Since the moving masses of the pawl device can be kept small, quick unlatching takes place and / or less work is required for the unlatching.
  • a particularly preferred embodiment of the drive device according to the invention enables the acceptance of large tolerances.
  • Another preferred embodiment of the drive device according to the invention is specified in claim 3. It enables the first and second sections of the curved path to be formed in a smaller azimuth range than if there were a further section with a constant radius between the first section and the intermediate section.
  • the drive device 10 shown in FIG. 1 for driving a circuit breaker 12 for medium or high voltage which is only indicated schematically, has a shaft 16, which is freely rotatably mounted on a frame 14 in a known manner and on which a cam disk 18 is seated in a rotationally fixed manner.
  • the outer surface of the cam 18 forms a cam track 20, which cooperates with a roller 22 'acting as a follower 22.
  • the roller 22 ' is freely rotatably mounted on the free end of a lever 24 which is non-rotatably seated on a control shaft 26 parallel to the shaft 16.
  • the control shaft 26 is also freely rotatably mounted on the frame 14 and connected to the moving contact piece 30 of the circuit breaker 12 via a linkage 28.
  • a pawl lever 32 On the selector shaft 26 there is also a pawl lever 32, which is intended to cooperate with the pawl 34 supported on the frame 14 in the switch-on position I shown in dash-dotted lines.
  • the pawl 34 can be pivoted by means of an electric switch-off magnet 36 to release the pawl lever 32 and thus the shift shaft 26 from a support position into a release position.
  • the pawl lever 32, the pawl 34 and the electric switch-off magnet 36 form a pawl device 37.
  • a switch-off spring 38 designed as a helical compression spring is supported on one end on the frame 14 and is connected at the other end to a pulling element 40 designed as a chain, which deflects around a deflection wheel 42 which is freely rotatably mounted on the frame 14 and is articulated on the other side to a drive lever 44 which is non-rotatably seated on the control shaft 26 is. If the control shaft 26 is rotated into the on position I, the drive lever 44 extends approximately at right angles to the direction of attack of the pulling element 40; in the off position O of the control shaft 26, the direction of engagement of the pulling element 40 is almost in the extended position relative to the drive lever 44.
  • control shaft 26 is connected to a damping element 46 in order to dampen the rotary movement of the control shaft 26 towards the end of a switch-off process.
  • the cam track 20 of the cam disc 18 has a first section 48 which has a constantly increasing radius A when the azimuth ⁇ increases counter to the direction of rotation indicated by an arrow D.
  • the first section 48 extends through an angle 48 ′′ of approximately 155 °.
  • an intermediate section 50 At the end 48 'of the first section 48 with the maximum radius A, as seen against the direction of rotation D, there is an intermediate section 50, the radius A of which decreases steadily and slowly with increasing azimuth ⁇ .
  • the intermediate section 50 extends over an angle 50 'of preferably 10 ° -20 °, in the present case of approx.
  • the radius decreases in it A by an amount B which is approximately 0.2 to 5%, preferably 0.5 to 1.5% of the difference between the minimum radius A min at the beginning of the first section 48 and the largest radius A max at the end 48 ' of the first section 48.
  • the intermediate section 50 is adjoined by a second section 52 which is concavely curved with a radius that is larger than the radius of the movement path of the follower 22 and whose end region adjoining the intermediate section 50 extends approximately in the radial direction.
  • the second section 52 extends over an angle 52 ′ of approximately 57 °. This second section 52 enables the switching shaft 26 to be turned from the on position I to the off position O without the follower 22 touching the cam plate 18 (see also FIG. 6).
  • the second section 52 is adjoined by a third section 54 with a radius A which corresponds to the minimum radius A min at the beginning of the first section and which extends over an angular range 54 ′ to the beginning of the first section 48.
  • a preferred embodiment of this pair of wheels 58 is disclosed in European Patent Application No. 93 117 797.6.
  • a chain forming a tension element 66, which is guided around a further deflection wheel 42 'which is rotatably mounted on the frame 14 and is operatively connected at the other end to a closing spring 68.
  • This is designed as a helical compression spring and is also supported on the frame 14; it forms an energy store 68 '.
  • a locking pin 70 is fastened to the large wheel 56, which interacts with a switch pawl 72 mounted on the frame 14. This is connected to an electric switch-on magnet 74, by means of which the switch pawl 72 can be retracted from a support position, in which it engages in the movement path of the locking pin 70, into a release position.
  • the latching pin 70, the catch pawl 72 and the electrical switch-on magnet 74 form a switch pawl device 75 and furthermore rotatable, after which the locking pin 70 runs further by an angle of a few degrees after reaching the unstable dead center position on the engagement pawl 72 and is held against it under the action of the tensioned engagement spring 68.
  • the elevator motor 64 is switched off after the unstable dead center position has been exceeded.
  • FIG. 3 This figure and the further FIGS. 4-6 show the cam plate 18, a lever 24 and the pawl lever 32, on the selector shaft 26 seated triangular lever 76 on which the roller 22 'is freely rotatably mounted, and the pawl 34 of the pawl device 37.
  • the pawl nose which cooperates with the pawl 34 and corresponds to the pawl lever 32 (FIG. 1) is denoted by 78.
  • the dash-dotted segment 80 of a circle about the axis 16 'of the shaft 16 indicates that radius A k which corresponds to the position of the follower 22 or the roller 22' when the triangular lever 76 with its pawl nose 78 on the Pawl 34 abuts; this is the switch-on position.
  • the segment 80 crosses both the first section 48 and the intermediate section 50 of the curved track 20.
  • the double arrow U denotes an overstroke which is given by the difference between the largest radius A max of the first section 48 of the curved track 20 and the radius A k .
  • FIG. 6 a further segment 82 of a circle, indicated by dash-dotted lines, around the axis 26 'of the shift shaft 26 shows the range of motion of the roller 22' when shifting.
  • the drive device 10 is shown with the closing spring 68 tensioned and the switching shaft 26 in the off position O.
  • the electric closing magnet 74 is briefly energized, as a result of which the closing pawl 72 releases the latching pin 70 and the shaft 16 together with the cam plate 18 underneath Force of the closing spring 68 begins to turn in direction D.
  • the cam 18 runs onto the roller 22 'and, in cooperation with the first section 48 of the cam track 20, rotates the triangular lever 76 and thus the selector shaft 26 in the switch-on direction E, which is opposite to the direction of rotation D (FIG. 4).
  • the circuit breaker 12 is closed and the opening spring 38 is tensioned.
  • the pawl nose 78 pushes the pawl 34 back out of its support position in a clockwise direction, which by turning back into the support position engages behind the pawl nose 78 as soon as the cam 18 has reached the position at which the point of intersection of the first section 48 of the curve 20 with the segment 80 passes the roller 22 '.
  • the triangular lever 76 is moved by an excess stroke U beyond the switch-on position in order to ensure that the pawl device 37 is latched under all conditions. This position is reached when the end 48 'of the first section 48 with the radius A max interacts with the roller 22'.
  • the articulation of the tension element 66 is preferably at least approximately in the stable dead center position.
  • the intermediate section 50 interacts with the roller 22 ', as a result of which the switching shaft 26, which is under the force of the tensioned opening spring 38, counteracts the closing direction E in accordance with the intermediate section 50 moved back until the pawl nose 78 abuts the pawl lever 76. This is achieved at the rotational position of the cam plate 18 at which the intersection of the intermediate section 50 with the segment 80 lies against the roller 22 '.
  • the elevator motor 64 is now switched on until the unstable dead center position is exceeded and the locking pin 70 is again in contact with the switch pawl 72.
  • the closing spring 68 is tensioned, the third section 54 moves past the movement path 82 of the follower 20 ′, so that the circuit breaker 12 can be switched off at any time.
  • the drive device 10 is now ready for the circuit breaker 12 to be switched on again immediately.
  • the decrease in the radius A of the intermediate section 50 of the cam track 20 is matched with respect to the corresponding rotational speed of the shaft 16 such that the pawl nose 78 runs onto the switch-off pawl 34 at a low speed.
  • the triangular lever 76 is supported by the cam 18 until it contacts the switch-off pawl 34.
  • cam disk 18 shown in FIG. 2 together with the specified angles and radii is only to be understood as an example and that both the angles and the radii can vary considerably.
  • shape of the cam 18 according to the invention can also be used in a drive device in which the cam disk is rotated through 360 ° to switch on the circuit breaker, as is the case with the drive device disclosed in CH-A-498 480.
  • the first section of the cam track with a steadily increasing radius and the intermediate section with a slowly steadily decreasing radius extend together over an angle of almost 360 °, so that the second section, which runs essentially in the radial direction, ensures that the follower is switched off of the circuit breaker can move past the cam 18.
  • the intermediate section preferably extends over an angle 50 'of between 10 and 20 °.
  • this angle in particular in the case of a switching device in which the cam disk rotates through 360 ° to switch on the circuit breaker, is greater than 20 °.
  • the decrease B in the radius in the intermediate section 50 is at least the same size, preferably greater than the overstroke U.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Mechanisms For Operating Contacts (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Die Antriebsvorrichtung weist eine, zum Einschalten des Leistungsschalters, mittels eines Energiespeichers impulsartig in Drehrichtung (D) antreibbare Kurvenscheibe (18) auf. An einen ersten Abschnitt (48) der Kurvenbahn (20) der Kurvenscheibe (18), der mit entgegen der Drehrichtung (D) zunehmendendem Azimut einen zunehmenden Radius aufweist, schliesst ein Zwischenabschnitt (50) mit stetig abnehmendem Radius an. Nach diesem Zwischenabschnitt (50) folgt ein zweiter Abschnitt (52), der etwa in radialer Richtung verläuft. Durch das Zusammenwirken des ersten Abschnitts (48) mit der Rolle (22') wird der Dreieckhebel (76) zusammen mit der Schaltwelle (26) entgegen der Drehrichtung (D) aus der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung und um einen Ueberhub (U) über diese hinausbewegt. Beim Vorbeibewegen des Zwischenabschnitts (50) an der Rolle (22') bewegt sich der Dreieckhebel (76) unter der Kraft der nun gespannten Ausschaltfeder in Drehrichtung (D) langsam zurück, bis er mit seiner Klinkennase (78) an der Einschaltklinke (72) ansteht. Durch dieses langsame Zurückbewegen werden auf die Klinke (34) wirkende Aufschlagkräfte stark reduziert. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Leistungsschalter, insbesondere für Mittel- und Hochspannung, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Antriebsvorrichtung dieser Art ist in der DE-A-25 17 134 offenbart. Auf einer um ihre Achse drehbar gelagerten Welle, an der ein als Zugfeder ausgebildeter Energiespeicher exzentrisch angreift, sitzt drehfest eine Kurvenscheibe, deren Kurvenbahn einen ersten Abschnitt aufweist, dessen Radius mit entgegen der Drehrichtung der Welle zunehmendem Azimut stetig zunimmt. An das in Drehrichtung hintere Ende des ersten Abschnitts schliesst unmittelbar ein etwa in radialer Richtung verlaufender zweiter Abschnitt mit abrupt abnehmendem Radius an, an welchem entgegen der Drehrichtung ein dritter Abschnitt anschliesst, der bis zum Anfang des ersten Abschnitts hin verläuft und einen Radius aufweist, der dem Radius am Anfang des ersten Abschnitts etwa entspricht.
  • Eine mit dem bewegbaren Kontakt des Leistungsschalters verbundene Schaltwelle ist parallel zur Welle angeordnet und auf ihr sitzt drehfest eine Scheibe, von welcher bezüglich der Achse der Schaltwelle exzentrisch ein zapfenartiges Folgeglied absteht. Weiter ist die Welle mit einer Ausschaltfeder verbunden. An ihrem Umfang weist die Scheibe eine Rastausnehmung auf, die dazu bestimmt ist, mit einer Ausschaltklinke einer Klinkenvorrichtung zusammenzuwirken.
  • Zum Spannen der Einschaltfeder wird die Welle in Drehrichtung bis über den labilen Totpunkt hinausgedreht und dort von einer Einschaltklinke abgestützt gehalten. Zum Einschalten des Schalters wird die Einschaltklinke gelöst, wodurch sich die Welle infolge der Kraft der Einschaltfeder in Drehrichtung zu drehen beginnt. Dabei läuft die Kurvenscheibe mit ihrem ersten Abschnitt auf das Folgeglied auf und verschwenkt beim Weiterdrehen die Schaltwelle aus ihrer Ausschaltstellung in die Einschaltstellung und um einen Ueberhub über diese hinaus. Dieser Ueberhub ist allgemein notwendig, um das Einrasten der Klinkenvorrichtung zu gewährleisten. Sobald der erste Abschnitt der Kurvenbann ab dem Folgeglied abläuft, beschleunigt die Ausschaltfeder die Schaltwelle, bis sie an der Ausschaltklinke ansteht. Die Klinkenvorrichtung hat somit nicht nur die Kraft der Ausschaltfeder abzustützen, sondern auch die zusätzliche Schlagbeanspruchung durch das Aufschlagen auf der Ausschaltklinke aufzunehmen. Zum Einschalten und gleichzeitigen Spannen der Ausschaltfeder dreht die Welle um etwa 180°, wobei die überschüssige Energie durch Drehen über die stabile Totpunktlage hinaus in die Einschaltfeder rekuperiert wird.
  • Eine weitere Antriebsvorrichtung der gattungsbildenden Art ist in der CH-A-498 480 offenbart. Eine mittels Einschaltfedern zum Einschalten des Schalters jeweils in Drehrichtung um 360° drehbare Kurvenscheibe weist eine Kurvenbahn mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt auf. Der Radius des ersten Abschnitts nimmt mit entgegen der Drehrichtung zunehmendem Azimut stetig spiralartig zu und überstreicht einen Winkel von nahezu 360°. Zwischen dem Ende des ersten Abschnitts mit dem grössten Radius und seinem Anfang, erstreckt sich der abrupt abfallende, sich etwa in radialer Richtung erstreckende zweite Abschnitt. Mit der Kurvenscheibe wirkt ein als Rolle ausgebildetes Folgeglied zusammen, das am einen Ende eines zweiarmigen Hebels gelagert ist, dessen anderes Ende zum Zusammenwirken mit einer Klinkenvorrichtung bestimmt ist und das mit dem bewegbaren Kontakt des Leistungsschalters sowie einer Ausschaltfeder verbunden ist. Durch das impulsartige Drehen der Kurvenscheibe um 360° wird der Hebel aus seiner Ausschaltstellung vom ersten Abschnitt, unter gleichzeitigem Einschalten des Schalters und Spannen der Ausschaltfeder, in die Einschaltstellung und über diese hinaus bewegt. Läuft der erste Abschnitt vom Folgeglied ab, beschleunigt die Ausschaltfeder den Hebel in entgegengesetzter Richtung, bis dieser an der Klinkenvorrichtung ansteht. Auch hier hat die Klinkenvorrichtung neben der Kraft der Ausschaltfeder auch die dynamische Kraft infolge des Aufschlagens des Hebels aufzunehmen.
  • Bei beiden bekannten Antriebsvorrichtungen muss deshalb die Klinkenvorrichtung entsprechend gross dimensioniert sein. Dies benötigt erheblich Platz und führt zu grossen Massen, die zum Entklinken bewegt werden müssen. Das Bewegen dieser grossen Massen erfordert wiederum grosse Antriebsleistungen der Klinkenvorrichtung oder führt zu langsamem Entklinken.
  • Eine eine Kurvenscheibe aufweisende Antriebsvorrichtung, die gegenüber den beiden vorgenannten Antriebsvorrichtungen einen unterschiedlichen Aufbau und eine andere Funktionsweise besitzt, ist in der EP-A-0 150 756 offenbart. Ein mit der Kurvenbahn der Kurvenscheibe zusammenwirkendes rollenartiges Folgeglied ist an einem mit der Einschaltfeder wirkverbundenen Hebel angeordnet. Die Kurvenbahn der mittels eines Motors oder von Hand in Drehrichtung antreibbaren Kurvenscheibe weist einen ersten Abschnitt mit entgegen der Drehrichtung zunehmendem Azimut stetig zunehmendem Radius auf. Entgegen der Drehrichtung schliesst an diesen ersten Abschnitt ein Abschnitt mit, bei zunehmendem Azimut, langsam stetig kleiner werdendem Radius an, an den seinerseits ein im wesentlichen in radialer Richtung verlaufender zweiter Abschnitt anschliesst, dem innernends der erste Abschnitt folgt. Bei entspannter Einschaltfeder liegt das Folgeglied am Anfang des ersten Abschnitts an. Durch das langsame Drehen der Kurvenscheibe in Drehrichtung um etwas weniger als 360° bis zum Ende des ersten Abschnitts, wird die Einschaltfeder gespannt. Beim Zusammenwirken des Folgeglieds mit dem nachfolgenden Abschnitt mit langsam abnehmendem Radius wirkt die Einschaltfeder auf die Kurvenscheibe in Drehrichtung antreibend. Die nun vom Motor abgekoppelte Kurvenscheibe wird jedoch mittels einer Klinkenvorrichtung am Weiterdrehen gehindert. Zum Einschalten des mit der Antriebsvorrichtung verbundenen Leistungsschalters wird die Klinkenvorrichtung erregt, um die Kurvenscheibe freizugeben. Diese beginnt unter der Kraft der über den Hebel wirkenden Einschaltfeder zu drehen und das Folgeglied gelangt auf den abrupt abfallenden zweiten Abschnitt, so dass nun von der Kurvenscheibe keine Gegenkraft gegen die Wirkung der Einschaltfeder mehr ausgeübt wird. Unter der Kraft der Einschaltfeder wird nun das Folgeglied unter gleichzeitigem Einschalten des Schalters und Spannen einer Ausschaltfeder schlagartig beschleunigt. Bei dieser Antriebsvorrichtung wird die Kurvenscheibe zum Spannen der Einschaltfeder benützt und sie wirkt zusätzlich als Klinkenübersetzung. Weiter ist es bei dieser bekannten Antriebsvorrichtung notwendig, mittels einer speziellen Vorrichtung nach dem Einschalten den Schalter und die Ausschaltfeder von der Einschaltfeder zu entkuppeln.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemässe Antriebsvorrichtung mit kleiner Beanspruchung der Klinkenvorrichtung zu schaffen, so dass diese leichter und weniger Platz benötigend gebaut werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemässe Antriebsvorrichtung gelöst, die die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufweist.
  • Da das Folgeglied an einem Zwischenabschnitt der Kurvenbahn bis zum Abstützen an der Klinkenvorrichtung anliegt, erfolgt das Auflaufen auf die Klinkenvorrichtung mit kleiner Geschwindigkeit, so dass die dynamischen Aufschlagkräfte erheblich reduziert oder sogar vermieden werden. Die Klinkenvorrichtung kann somit auf die statische Kraftwirkung der Ausschaltfeder und die reduzierten dynamischen Aufschlagkräfte dimensioniert werden, was einen leichten, platzsparenden Bau der Klinkenvorrichtung und der gesamten Antriebsvorrichtung ermöglicht. Da die bewegten Massen der Klinkenvorrichtung dadurch klein gehalten werden können, erfolgt ein schnelles Entklinken und/oder es ist weniger Arbeit für die Entklinkung aufzubringen.
  • Eine besonders bevorzugte Ausbildungsform der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung gemäss Anspruch 2 ermöglicht die Aufnahme von grossen Toleranzen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausbildungsform der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung ist im Anspruch 3 angegeben. Sie ermöglicht den ersten und zweiten Abschnitt der Kurvenbahn in einem kleineren Azimutbereich auszubilden als wenn zwischen dem ersten Abschnitt und dem Zwischenabschnitt ein weiterer Abschnitt mit konstantem Radius vorhanden wäre.
  • Weitere besonders bevorzugte Ausbildungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den verbleibenden Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:
    • Fig. 1
    perspektivisch und vereinfacht eine erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung;
    Fig. 2
    eine Ansicht der Kurvenscheibe der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1;
    Fig. 3
    stark vereinfacht die Kurvenscheibe, den das mit der Kurvenscheibe zusammenwirkende Folgeglied tragenden Hebel und die Klinkenvorrichtung der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung in Ausschaltstellung;
    Fig. 4
    die in der Fig. 3 gezeigten Komponenten der Antriebsvorrichtung zu Beginn eines Einschaltvorgangs;
    Fig. 5
    die in der Fig. 3 gezeigten Komponenten der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung während des Einschaltvorgangs bei maximaler Auslenkung des Hebels; und
    Fig. 6
    die in der Fig. 3 gezeigten Komponenten der Antriebsvorrichtung am Ende des Einschaltvorgangs.
  • Die in der Fig. 1 gezeigte Antriebsvorrichtung 10 zum Antreiben eines nur schematisch angedeuteten Leistungsschalters 12 für Mittel- oder Hochspannung weist eine an einem Gestell 14 in bekannter Art und Weise frei drehbar gelagerte Welle 16 auf, auf welcher drehfest eine Kurvenscheibe 18 sitzt. Die Mantelfläche der Kurvenscheibe 18 bildet eine Kurvenbahn 20, die mit einer als Folgeglied 22 wirkenden Rolle 22' zusammenwirkt. Die Rolle 22' ist am freien Ende eines Hebels 24 frei drehbar gelagert, der auf einer zur Welle 16 parallelen Schaltwelle 26 drehfest sitzt. Die Schaltwelle 26 ist ebenfalls am Gestell 14 frei drehbar gelagert und über ein Gestänge 28 mit dem bewegten Kontaktstück 30 des Leistungsschalters 12 verbunden. Auf der Schaltwelle 26 sitzt weiter drehfest ein Klinkenhebel 32, der dazu bestimmt ist, in mit strichpunktiert gezeigten Linien dargestellter Einschaltstellung I mit einer am Gestell 14 abgestützten Klinke 34 zusammen zu wirken. Die Klinke 34 ist mittels eines Elektroausschaltmagneten 36 zur Freigabe des Klinkenhebels 32 und somit der Schaltwelle 26 aus einer Abstützstellung in eine Freigabestellung verschwenkbar. Der Klinkenhebel 32, die Klinke 34 und der Elektroausschaltmagnet 36 bilden eine Klinkenvorrichtung 37.
  • Eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Ausschaltfeder 38 stützt sich einerends am Gestell 14 ab und ist andernends mit einem als Kette ausgebildeten Zugorgan 40 verbunden, das um ein am Gestell 14 frei drehbar gelagertes Umlenkrad 42 umgelenkt und andernends an einem auf der Schaltwelle 26 drehfest sitzenden Antriebshebel 44 angelenkt ist. Ist die Schaltwelle 26 in Einschaltstellung I gedreht, verläuft der Antriebshebel 44 in etwa rechtwinklig zur Angriffsrichtung des Zugorgans 40; in Ausschaltstellung O der Schaltwelle 26 ist die Angriffsrichtung des Zugorgans 40 beinahe in gestreckter Lage zum Antriebshebel 44.
  • Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Schaltwelle 26 mit einem Dämpfungselement 46 verbunden ist, um gegen das Ende eines Ausschaltvorgangs die Drehbewegung der Schaltwelle 26 zu dämpfen.
  • Wie dies insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Kurvenbahn 20 der Kurvenscheibe 18 einen ersten Abschnitt 48 auf, der bei entgegen der mit einem Pfeil D angedeuteten Drehrichtung zunehmenden Azimut α einen stetig zunehmenden Radius A aufweist. Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich der erste Abschnitt 48 um einen Winkel 48'' von etwa 155°. An das Ende 48' des ersten Abschnitts 48 mit maximalem Radius A schliesst, entgegen der Drehrichtung D gesehen, unmittelbar ein Zwischenabschnitt 50 an, dessen Radius A mit zunehmendem Azimut α stetig und langsam abnimmt. Der Zwischenabschnitt 50 erstreckt sich über einen Winkel 50' von vorzugsweise 10°-20°, im vorliegenden Fall von ca. 17° und in ihm nimmt der Radius A um einen Betrag B ab, der in etwa 0,2 bis 5 %, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 % des Unterschiedes zwischen dem minimalen Radius Amin am Anfang des ersten Abschnitts 48 und dem grössten Radius Amax am Ende 48' des ersten Abschnitts 48 entspricht.
  • Entgegen der Drehrichtung D schliesst an den Zwischenabschnitt 50 ein zweiter Abschnitt 52 an, der konkav mit einem Radius, der grösser ist als der Radius der Bewegungsbahn des Folgegliedes 22, gekrümmt ist und dessen an den Zwischenabschnitt 50 anstossender Endbereich etwa in radialer Richtung verläuft. Der zweite Abschnitt 52 erstreckt sich im gezeigten Beispiel über einen Winkel 52' von ungefähr 57°. Dieser zweite Abschnitt 52 ermöglicht das Drehen der Schaltwelle 26 aus der Einschaltstellung I in die Ausschaltstellung O, ohne dass dabei das Folgeglied 22 die Kurvenscheibe 18 berührt (vergleiche auch Fig. 6).
  • Entgegen der Drehrichtung D schliesst an den zweiten Abschnitt 52 ein dritter Abschnitt 54 mit einem Radius A an, der dem minimalen Radius Amin am Anfang des ersten Abschnitts entspricht und der sich über einen Winkelbereich 54' bis zum Anfang des ersten Abschnitts 48 erstreckt.
  • Auf der Welle 16 sitzt weiter drehfest ein Grossrad 56 eines gezahnten Räderpaares 58, dessen Kleinrad 60 über ein Getriebe 62 mit einem Aufzugmotor 64 verbunden ist. Eine bevorzugte Ausbildungsform dieses Räderpaares 58 ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 93 117 797.6 offenbart.
  • An das Grossrad 56 ist, bezüglich der Achse 16' der Welle 16 exzentrisch, eine ein Zugelement 66 bildende Kette angelenkt, die um ein am Gestell 14 drehbar gelagertes weiteres Umlenkrad 42' geführt und andernends mit einer Einschaltfeder 68 wirkverbunden ist. Diese ist als Schraubendruckfeder ausgebildet und ebenfalls am Gestell 14 abgestützt; sie bildet einen Energiespeicher 68'.
  • Weiter ist am Grossrad 56 ein Rastzapfen 70 befestigt, der mit einer am Gestell 14 gelagerten Einschaltklinke 72 zusammenwirkt. Diese ist mit einem Elektroeinschaltmagneten 74 verbunden, mittels welchem die Einschaltklinke 72 aus einer Abstützstellung, in welcher sie in die Bewegungsbahn des Rastzapfens 70 eingreift, in eine Freigabestellung zurückziehbar ist. Der Rastzapfen 70, die Einschaltklinke 72 und der Elektroeinschaltmagnet 74 bilden eine Einschaltklinkenvorrichtung 75. Zum Spannen der Einschaltfeder 68 ist das Grossrad 56 mittels des Aufzugmotors 64 in Drehrichtung D, ausgehend von der strichpunktiert angedeuteten stabilen Totpunktlage 66', um 180° in die labile Totpunktlage und darüberhinaus drehbar, wonach der Rastzapfen 70 beim Weiterdrehen um einen Winkel von einigen Grad nach dem Erreichen der labilen Totpunktlage auf die Einschaltklinke 72 aufläuft und unter der Wirkung der gespannten Einschaltfeder 68 an dieser in Anlage gehalten wird. Der Aufzugmotor 64 wird nach dem Ueberschreiten der labilen Totpunktlage ausgeschaltet. Bei abgestütztem Grossrad 56 nimmt die Kurvenscheibe 18 eine Lage ein, bei welcher das in die Ausschaltstellung O verbrachte Folgeglied 22 beim Anfang des ersten Abschnitts 48 zu liegen kommt, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist. Diese Figur und die weiteren Fig. 4-6 zeigen die Kurvenscheibe 18, einen den Hebel 24 und den Klinkenhebel 32 bildenden, auf der Schaltwelle 26 sitzenden Dreieckshebel 76, an dem die Rolle 22' frei drehbar gelagert ist, sowie die Klinke 34 der Klinkenvorrichtung 37. Die mit der Klinke 34 zusammenwirkende und dem Klinkenhebel 32 (Fig. 1) entsprechende Klinkennase ist mit 78 bezeichnet.
  • In der Fig. 5 deutet das strichpunktierte Segment 80 eines Kreises um die Achse 16' der Welle 16 jenen Radius Ak an, welcher der Lage des Folgegliedes 22 bzw. der Rolle 22' entspricht, wenn der Dreieckhebel 76 mit seiner Klinkennase 78 an der Klinke 34 anliegt; dies ist die Einschaltstellung. Das Segment 80 kreuzt sowohl den ersten Abschnitt 48 als auch den Zwischenabschnitt 50 der Kurvenbahn 20. Mit dem Doppelpfeil U ist ein Ueberhub bezeichnet, der durch die Differenz des grössten Radius Amax des ersten Abschnitts 48 der Kurvenbahn 20 und dem Radius Ak gegeben ist.
  • Schlussendlich zeigt in Fig. 6 ein strichpunktiert angedeutetes weiteres Segment 82 eines Kreises um die Achse 26' der Schaltwelle 26 die Bewegungsbann der Rolle 22' beim Schalten.
  • Im folgenden wird die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 10 anhand der Fig. 1 bis 6 erläutert. In den Fig. 1 und 3 ist die Antriebsvorrichtung 10 bei gespannter Einschaltfeder 68 und sich in Ausschaltstellung O befindender Schaltwelle 26 gezeigt. Zum Einschalten des Leistungsschalters 12 und gleichzeitigen Spannen der Ausschaltfeder 38 wird der Elektroeinschaltmagnet 74 kurz erregt, wodurch die Einschaltklinke 72 den Rastzapfen 70 freigibt und sich die Welle 16 zusammen mit der Kurvenscheibe 18 unter der Kraft der Einschaltfeder 68 in Richtung D zu drehen beginnt. Dabei läuft die Kurvenscheibe 18 auf die Rolle 22' auf und dreht unter Zusammenwirken mit dem ersten Abschnitt 48 der Kurvenbahn 20 den Dreieckhebel 76 und somit die Schaltwelle 26 in Einschaltrichtung E, die der Drehrichtung D entgegengesetzt ist (Fig. 4). Dabei wird der Leistungsschalter 12 geschlossen und die Ausschaltfeder 38 gespannt. Die Klinkennase 78 drängt die Klinke 34 aus ihrer Abstützstellung im Uhrzeigersinn zurück, welche durch Zurückdrehen in die Abstützstellung die Klinkennase 78 hintergreift, sobald die Kurvenscheibe 18 jene Lage erreicht hat, bei der der Kreuzungspunkt des ersten Abschnitts 48 der Kurvenbann 20 mit dem Segment 80 bei der Rolle 22' vorbeiläuft. Wie dies Fig. 5 zeigt, wird der Dreieckhebel 76 um einen Ueberhub U über die Einschaltstellung hinaus bewegt, um unter allen Bedingungen das Verklinken der Klinkenvorrichtung 37 sicherzustellen. Diese Stellung ist erreicht, wenn das Ende 48' des ersten Abschnitts 48 mit dem Radius Amax mit der Rolle 22' zusammenwirkt. In dieser Stellung der Welle 16 befindet sich die Anlenkung des Zugelements 66 vorzugsweise mindestens angenähert in der stabilen Totpunktlage. Beim Weiterdrehen der Kurvenscheibe 80 in Pfeilrichtung D, infolge der noch vorhandenen kinetischen Energie, gelangt der Zwischenabschnitt 50 in Zusammenwirkung mit der Rolle 22', wodurch sich die unter der Kraft der gespannten Ausschaltfeder 38 stehende Schaltwelle 26 entgegen der Einschaltrichtung E nach Massgabe des Zwischenabschnitts 50 zurückbewegt, bis die Klinkennase 78 am Klinkenhebel 76 ansteht. Dies ist bei jener Drehlage der Kurvenscheibe 18 erreicht, bei welcher der Schnittpunkt des Zwischenabschnitts 50 mit dem Segment 80 an der Rolle 22' anliegt. Wie Fig. 6 zeigt, dreht sich die Kurvenscheibe 18 weiter aus dem Schwenkbereich der Rolle 22' hinaus, so dass nun jederzeit durch Aktivieren des Elektroausschaltmagneten 74 der Leistungsschalter 12 durch die Kraft der Ausschaltfeder 38 wieder ausgeschaltet werden kann. Die beim Erreichen der Totpunktlage 66' noch vorhandene kinetische Energie der mit der Welle 16 zusammen sich bewegenden Massen wird beim Drehen über die stabile Totpunktlage 66' hinaus durch das teilweise Spannen der Einschaltfeder 68 rekuperiert. Die von der Ausschaltfeder 38 über den Zwischenabschnitt 50 an die Kurvenscheibe 18 abgegebene Energie wird dabei ebenfalls in die Einschaltfeder 68 rekuperiert. Ein Zurückdrehen entgegen der Drehrichtung D wird mittels einer Rücklaufsperre im Getriebe 62 verhindert. Zum vollständigen Spannen der Einschaltfeder 68 wird nun der Aufzugmotor 64 eingeschaltet, bis die labile Totpunktlage überschritten ist und der Rastzapfen 70 wieder an der Einschaltklinke 72 anliegt. Beim Spannen der Einschaltfeder 68 bewegt sich der dritte Abschnitt 54 an der Bewegungsbahn 82 des Folgeglieds 20' vorbei, so dass der Leistungsschalter 12 jederzeit ausgeschaltet werden kann. Die Antriebsvorrichtung 10 ist nun zum sofortigen Wiedereinschalten des Leistungsschalters 12 bereit.
  • Die Abnahme des Radius A des Zwischenabschnitts 50 der Kurvenbahn 20 ist bezüglich der entsprechenden Drehgeschwindigkeit der Welle 16 derart abgestimmt, dass die Klinkennase 78 mit kleiner Geschwindigkeit auf die Ausschaltklinke 34 aufläuft. Auf jeden Fall ist der Dreieckhebel 76 bis zum Anliegen an der Ausschaltklinke 34 von der Kurvenscheibe 18 abgestützt.
  • Es sei erwähnt, dass die in der Fig. 2 gezeigte Kurvenscheibe 18 zusammen mit den angegebenen Winkeln und Radien nur als Beispiel zu verstehen ist und sowohl die Winkel als auch die Radien erheblich variieren können. So kann die erfindungsgemässe Form der Kurvenscheibe 18 auch bei einer Antriebsvorrichtung Anwendung finden, bei welcher die Kurvenscheibe zum Einschalten des Leistungsschalters um 360° gedreht wird, wie dies bei der in der CH-A-498 480 offenbarten Antriebsvorrichtung der Fall ist. Der erste Abschnitt der Kurvenbahn mit stetig zunehmendem Radius und der Zwischenabschnitt mit langsam stetig abnehmendem Radius erstrecken sich dabei zusammen über einen Winkel von nahezu 360°, so dass durch den zweiten, im wesentlichen in Radialrichtung verlaufenden Abschnitt sichergestellt ist, dass sich das Folgeglied beim Ausschalten des Leistungsschalters an der Kurvenscheibe 18 vorbeibewegen kann.
  • Beim in den Figuren gezeigten Beispiel erstreckt sich der Zwischenabschnitt vorzugsweise über einen Winkel 50' von zwischen 10 und 20°. Es ist aber auch denkbar, dass dieser Winkel, insbesondere bei einer Schaltvorrichtung, bei welcher sich die Kurvenscheibe zum Einschalten des Leistungsschalters um 360° dreht, grösser als 20° ist. Auf jeden Fall ist die Abnahme B des Radius im Zwischenabschnitt 50 mindestens gleich gross, vorzugsweise grösser als der Ueberhub U.

Claims (6)

  1. Antriebsvorrichtung für einen Leistungsschalter, insbesondere für Mittel- und Hochspannung, mit einer zum Einschalten des Leistungschalters (12) mittels eines Energiespeichers (68') um eine Achse (16') in einer Drehrichtung (D) antreibbaren Kurvenscheibe (18), deren Kurvenbahn (20) einen ersten Abschnitt (48) mit, mit entgegen der Drehrichtung (D) zunehmendem Azimut (α), zunehmendem Radius (A) und einen, in Drehrichtung (D) dem ersten Abschnitt (48) nachlaufenden, etwa in radialer Richtung verlaufenden zweiten Abschnitt (52) aufweist, einem von einer Ausschaltfeder (38) in Richtung gegen die Kurvenscheibe (18) gedrängten Folgeglied (22,22'), das durch Drehen der Kurvenscheibe (18) in Drehrichtung (D) vom ersten Abschnitt (48) der Kurvenbahn (20) von einer Ausschaltstellung (O), unter gleichzeitigem Spannen der Ausschaltfeder (38), in eine Einschaltstellung (I) und um einen Ueberhub (U) über diese hinaus bewegt wird, und das dazu bestimmt ist, mit einem bewegten Kontaktstück (30) des Leistungsschalters (12) verbunden zu sein, und einer Klinke (34) zum freigebbaren Abstützen des Folgegliedes (22,22') in Einschaltstellung (I) nach dem Ablaufen des ersten Abschnitts (48) ab dem Folgeglied (22, 22'), dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbahn (20) zwischen dem, in Drehrichtung (D) nachlaufenden Ende (48') des ersten Abschnitts (48) und dem zweiten Abschnitt (52) einen Zwischenabschnitt (50) mit, bei zunehmendem Azimut (α), stetig kleiner werdendem Radius (A) aufweist, an welchem Zwischenabschnitt (50) das Folgeglied (22,22') bis zum Abstützen an der Klinke (34) anliegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnahme (B) des Radius (A) der Kurvenbahn (20) im Zwischenabschnitt (50) grösser ist als der Ueberhub (U).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (50) an den ersten Abschnitt (48) anschliesst.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (50) einen Winkel (50') von 10 bis 20° überstreicht.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnahme (B) des Radius (A) der Kurvenbahn (20) im Zwischenabschnitt (50) 0,2 bis 5%, vorzugsweise 0,5 bis 1,5%, des Unterschieds zwischen dem grössten und kleinsten Radius (Amax; Amin) des ersten Abschnitts (48) beträgt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (68') eine Einschaltfeder (68) aufweist, die mit dem einen Ende eines Zugelements (66) verbunden ist, das mit seinem andern Ende zur Achse (16') der Kurvenscheibe (18) exzentrisch angelenkt mit dieser verbunden ist, und das nachlaufende Ende (48') des ersten Abschnitts (48) der Kurvenbahn (20) mit dem Folgeglied (22,22') zusammenwirkt, wenn sich die Anlenkung des Zugmittels (66) mindestens annähernd in der stabilen Totpunktlage (66') befindet.
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