ES2560286T3

ES2560286T3 - Aparato de conmutación eléctrico con un mecanismo de accionamiento por resorte

Info

Publication number: ES2560286T3
Application number: ES10740194.5T
Authority: ES
Inventors: Axel Faber; Frank Mantwill; Jürgen SEIBT; Gerd Ahlf; Andreas Schuldt; Carsten Seybold
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: EP2460167A1; WO2011012564A1; KR101375478B1; EP2460167B1; DE102009035855B4; AU2010277675A1; KR20120031233A; DE102009035855A1; AU2010277675B2

Abstract

Aparato de conmutación eléctrico (1), en particular desconectador de carga, con un árbol de conmutación (2) y con un mecanismo de accionamiento por resorte (3) con un elemento de resorte (15), el cual provoca un movimiento a modo de un salto del árbol de conmutación (2), donde el mecanismo de accionamiento por resorte (3) comprende una primera palanca articulada (8) con un primer y un segundo brazo (9, 10), donde el primer brazo (9), en su extremo que se encuentra distanciado del segundo brazo (10), se encuentra conectado de forma resistente a la torsión al árbol de conmutación (2), y el segundo brazo (10), en su extremo que se encuentra distanciado del primer brazo (9), se encuentra montado de forma giratoria, de forma fija con respecto al árbol de conmutación (2), y donde el segundo brazo (10) comprende dos sub-brazos (10a, 10b), entre los cuales se encuentra dispuesto el elemento de resorte (15), caracterizado porque una segunda palanca de accionamiento (22) y el primer brazo (9) de la palanca articulada (8) en primer lugar se encuentran conectados uno con otro, donde entre las dos palancas se encuentra dispuesto el árbol de conmutación (2).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Aparato de conmutacion electrico con un mecanismo de accionamiento por resorte

La presente invention hace referencia a un aparato de conmutacion electrico, en particular a un desconectador de carga, con un mecanismo de accionamiento por resorte segun el preambulo de la reivindicacion 1. Un aparato de conmutacion de esa clase se conoce por ejemplo por la solicitud DE 28 50 761 C3.

Los aparatos de conmutacion electricos necesitan con frecuencia un accionamiento que actue de forma indirecta, para asegurar que los procesos de conmutacion tengan lugar de forma independiente de influencias externas, siempre con una velocidad identica y suficiente. Lo mencionado se realiza por ejemplo a traves de mecanismos de accionamiento por resorte que comprenden un acumulador de energla recargable, el cual posibilita una conmutacion discontinua.

Esto ultimo aplica en particular para desconectadores de carga que se utilizan en el ambito industrial y en los sistemas navales para la conmutacion de circuitos de alta tension. En los sistemas navales se emplean por ejemplo desconectadores de carga para tensiones continuas desde 450 V hasta 900 V y corrientes de conmutacion de hasta 400 A. Durante los procesos de conmutacion de un desconectador de carga de esa clase, condicionados por las elevadas corrientes de conmutacion y tensiones de conmutacion, se producen arcos voltaicos que conducen a un quemado gradual de los contactos, desgastando as! los aparatos de conmutacion. Para reducir al mlnimo un quemado de los contactos, los arcos voltaicos que se producen deben tener lugar lo mlnimo posible. Esto puede lograrse a traves de tiempos de conmutacion reducidos. Para reducir los tiempos de conmutacion de los desconectadores de carga de esa clase, los sistemas cinematicos de conmutacion se encuentran provistos de mecanismos de accionamiento por resorte dentro de los desconectadores de carga. A traves del mecanismo de accionamiento por resorte se incrementa la velocidad del movimiento que un usuario aplica sobre un elemento de conmutacion, en el rango de un punto de conmutacion. Generalmente esto tiene lugar a traves de elementos de resorte en el mecanismo de accionamiento por resorte.

Por la solicitud DE 10 2006 008 338 B3 se conoce por ejemplo un conmutador de tomas bajo carga con acumuladores de energla, donde el acumulador de energla sirve para la conmutacion ininterrumpida entre distintas derivaciones del bobinado de un transformador con tomas bajo carga. El acumulador de energla presenta uno o varios resortes de compresion que se tensan al inicio de una conmutacion.

Por la solicitud EP 1 535 791 A1 se conoce otro conmutador de carga en donde se utilizan resortes de compresion.

Un mecanismo de accionamiento por resorte conocido por la solicitud DE 28 50 761 C3, para un aparato de conmutacion electrico, con un arbol de conmutacion, comprende un resorte de compresion, cuya fuerza elastica, mediante un elemento de transmision dispuesto de forma giratoria en el arbol de conmutacion, provoca un movimiento a modo de un salto del arbol de conmutacion. Un dispositivo de sujecion para el resorte se encuentra dispuesto igualmente de forma giratoria sobre el arbol de conmutacion y, durante su movimiento de rotation despues de un movimiento de rueda libre, hace rotar tambien el elemento de transmision. El elemento de transmision esta disenado como una pieza de arrastre en forma de U en donde se apoyan un primer y un segundo pasador de sujecion. El dispositivo de sujecion comprende una arandela de sujecion y una palanca de accionamiento, a la cual se encuentra conectada la arandela de sujecion. La palanca de accionamiento presenta una escotadura circular en donde se desplaza el primer pasador de sujecion, el cual establece tambien una conexion con el resorte de compresion. En el caso de un proceso de desconexion del aparato de conmutacion, el primer pasador de sujecion con la pieza de arrastre en forma de U es arrastrado mediante la palanca de accionamiento, tensando con ello el resorte. Despues de alcanzar un punto muerto se desbloquea el resorte tensado y a traves del segundo pasador de sujecion un pasador de sujecion que se apoya sobre el arbol de conmutacion se desplaza de forma no positiva, de manera que el arbol de conmutacion se desplaza en una rotacion.

En base a lo mencionado, es objeto de la presente invencion proporcionar un aparato de conmutacion con un mecanismo de accionamiento por resorte, el cual se caracterice por una estructura constructiva sencilla, por una cantidad reducida de componentes y por una necesidad de espacio reducida, siendo adecuado por tanto en particular para la utilization en sistemas moviles con condiciones de espacio limitadas, como por ejemplo en buques.

Este objeto se alcanzara a traves de un aparato de conmutacion electrico conforme a la reivindicacion 1. En las reivindicaciones dependientes se indican respectivamente conformaciones ventajosas.

En un aparato de conmutacion acorde a la invencion con un arbol de conmutacion y un mecanismo de accionamiento por resorte con un elemento de resorte, el cual provoca un movimiento a modo de un salto del arbol de conmutacion, el mecanismo de accionamiento por resorte comprende una palanca articulada con un primer y un segundo brazo, donde el primer brazo, en su extremo que se encuentra distanciado del segundo brazo, se encuentra conectado de forma resistente a la torsion al arbol de conmutacion, y el segundo brazo, en su extremo

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

que se encuentra distanciado del primer brazo, se encuentra montado de forma giratoria, de forma fija con respecto al arbol de conmutacion, y donde el segundo brazo comprende dos sub-brazos, entre los cuales se encuentra dispuesto el elemento de resorte. A traves de una rotacion del arbol de conmutacion, la palanca puede desplazarse desde una posicion inclinada, en donde el elemento de resorte no se encuentra tensado, hacia una posicion extendida, donde el elemento de resorte se encuentra tensado. Al pasar la posicion extendida el elemento de resorte puede distenderse y mueve a modo de un salto la palanca articulada y, con ello, el arbol de conmutacion que se encuentra conectado, gracias a lo cual se provoca un proceso de conmutacion rapido en el aparato de conmutacion. La palanca articulada sirve tanto para sujetar el elemento de resorte, como tambien a modo de elemento de transmision para transmitir la fuerza elastica al arbol de conmutacion. La solucion acorde a la invencion se caracteriza de este modo por una cantidad de componentes reducida y por una necesidad de espacio reducida. La palanca articulada consiste en un componente constructivamente sencillo, de manera que la solucion acorde a la invencion se caracteriza tambien por una estructura constructivamente sencilla. Otra ventaja reside en el hecho de que el mecanismo de accionamiento por resorte actua en ambas direcciones de conmutacion, es decir, tanto para un proceso de desconexion como tambien para un proceso de conexion. Gracias a ello puede economizarse tambien en cuanto a los componentes. Ademas, el mecanismo de accionamiento por resorte puede ser maniobrado desde varios lados, lo cual aumenta la flexibilidad en cuanto al lugar de instalacion del aparato de conmutacion y a su manejo.

De manera preferente, en los dos sub-brazos se encuentra conformado un soporte para el elemento de resorte. De este modo, el elemento de resorte puede ser sostenido de forma fiable en una posicion correcta entre los dos sub- brazos.

De acuerdo con una variante ventajosa, el elemento de resorte comprende uno o varios resortes de compresion, puesto que los resortes de compresion se caracterizan por una seguridad de funcionamiento comparativamente elevada.

Para incrementar aun mas la seguridad de funcionamiento, el elemento de resorte puede comprender tambien dos resortes de compresion dispuestos de forma concentrica uno con respecto a otro. De este modo, tambien en el caso de una averla de uno de los dos resortes puede mantenerse el funcionamiento del aparato de conmutacion. Ademas, la disposicion concentrica conduce a una carga del resorte uniforme y a una necesidad de espacio reducida.

Una compactibilidad y una resistencia a impactos particularmente elevadas del aparato de conmutacion, as! como la estabilidad mecanica del mecanismo de accionamiento por resorte, son posibles gracias a que el aparato de conmutacion presenta una placa base en la cual o sobre la cual se encuentran montados de forma giratoria el arbol de conmutacion y el segundo brazo de la palanca articulada.

Para un manejo manual, ventajosamente, el aparato de conmutacion presenta un elemento de mando que puede accionarse de forma manual y un mecanismo para transformar un movimiento del elemento de mando en un movimiento de rotacion del arbol de conmutacion.

De acuerdo con una variante especialmente ventajosa, el elemento de mando comprende una palanca de mando que se encuentra conectada de forma resistente a la torsion a un disco giratorio, a traves del cual es guiado un extremo de una primera palanca de accionamiento, la cual con su otro extremo gula a su vez la segunda palanca de accionamiento que se encuentra conectada de forma resistente a la torsion con el arbol de conmutacion.

A continuation, la invencion y otros disenos ventajosos de la invencion, conforme a las caracterlsticas de las reivindicaciones dependientes, se explican en detalle en las figuras a traves de ejemplos de ejecucion; donde estas muestran:

Figura 1: una imagen a modo de una section parcial de un aparato de conmutacion electrico acorde a la invencion, en una vista lateral;

Figura 2: una representation en detalle del mecanismo de accionamiento por resorte del aparato de conmutacion de la figura 1 en una primera posicion final;

Figura 3: una representacion en detalle del mecanismo de accionamiento por resorte del aparato de conmutacion de la figura 1 en una posicion intermedia; y

Figura 4: una representacion en detalle del mecanismo de accionamiento por resorte del aparato de conmutacion de la figura 1 en una segunda posicion final.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Un aparato de conmutacion en forma de un desconectador de carga 1, representado solo de modo indicativo en la figura 1, comprende un arbol de conmutacion 2, un mecanismo de accionamiento por resorte 3 para el arbol de conmutacion 2 y un elemento de mando manual en forma de un accionamiento de estribo 4.

En los desconectadores de carga se utilizan generalmente elementos de interruptores de leva como unidades de conmutacion. En el caso de tensiones superiores a 24V, los elementos de interruptores de leva estan provistos de camaras para arcos voltaicos que se encargan de eliminar los arcos voltaicos. Por lo tanto, el desconectador de carga 2 presenta elementos de interruptores de leva y camaras para arcos voltaicos, los cuales no se encuentran representados. Ademas, el arbol de conmutacion 2 presenta levas que no se encuentran representadas, para el accionamiento de los elementos de interruptores de leva.

El arbol de conmutacion 2 se encuentra montado de forma giratoria sobre una placa base 5 del desconectador de carga 1, mediante un soporte del arbol. En la placa base 5 se encuentran fijados los elementos de interruptores de leva, las camaras para arcos voltaicos, as! como componentes de conexion electricos (no representados).

El accionamiento de estribo 4 consiste en un accionamiento manual, es decir que el manejo se efectua de forma manual, por ejemplo mediante una palanca de mando 6, y no mediante equipos auxiliares de accionamiento adicionales. Un mecanismo de accionamiento 7 sirve para transformar un movimiento de una palanca de mando 6 del accionamiento de estribo 4 en un movimiento de rotacion del arbol de conmutacion 2. Para ello, la palanca de mando 6 se encuentra conectada de forma resistente a la torsion con un disco giratorio 20, a traves del cual es guiado un extremo de una primera palanca de accionamiento 21, la cual, con su otro extremo, gula a su vez una segunda palanca de accionamiento 22 que se encuentra conectada de forma resistente a la torsion con el arbol de conmutacion 2. Para guiar la segunda palanca de accionamiento 22, la primera palanca de accionamiento 21 presenta un orificio alargado 23. En dicho orificio es guiado un perno 24 que se apoya sobre la segunda palanca de accionamiento 22.

Durante un accionamiento de la palanca de mando 6, el disco 20 rota, guiando con ello hacia abajo de modo vertical la primera palanca de accionamiento 21 en un movimiento esencialmente traslatorio. A traves de ese movimiento el perno 24 es presionado en la posicion superior final del orificio alargado 23, siendo arrastrado de forma no positiva por la primera palanca de accionamiento 21. El perno 24 gula la segunda palanca de accionamiento 22 de manera que la misma gira el arbol de conmutacion 2.

Tal como se representa en detalle en las figuras 2 - 4, el mecanismo de accionamiento por resorte 3 comprende una palanca articulada 8 con un primer brazo 9 y un segundo brazo 10, los cuales se encuentran conectados uno al otro mediante una articulacion 11. El primer brazo 9, en su extremo que se encuentra distanciado del segundo brazo 10, as! como de la articulacion 11, se encuentra conectado de forma resistente a la torsion con el arbol de conmutacion 2.

El segundo brazo 10, en su extremo que se encuentra distanciado del primer brazo 9, as! como de la articulacion 11, se encuentra montado de forma giratoria en un soporte 13 a traves de un perno 14. El soporte 13 se encuentra atornillado de forma fija en la placa base 5. El segundo brazo 10 se encuentra montado de forma fija con respecto al arbol de conmutacion 2.

El segundo brazo 10 comprende dos sub-brazos 10a, 10b; entre los cuales se encuentra dispuesto un elemento de resorte 15. El elemento de resorte 15 comprende dos resortes de compresion cillndricos 15a, 15b dispuestos de forma concentrica uno con respecto a otro; cuyo eje longitudinal se extiende en la direccion del eje longitudinal del segundo brazo 10.

Cada uno de los sub-brazos 10a, 10b; en su respectivo lado que se encuentra orientado hacia los resortes 15a, 15b; presenta un soporte 12 para los resortes 15a, 15b. El soporte 12 mencionado comprende una superficie de contacto 16 plana para los lados frontales de los resortes 15a, 15b y elevaciones 17, 18. La superficie de apoyo 16 se encuentra limitada radialmente hacia el exterior a traves de una elevacion 17 anular, en donde se situa de forma adyacente el resorte de compresion 15a externo, manteniendose siempre en la posicion correcta. Por otra parte, la superficie de contacto 16 se encuentra delimitada radialmente hacia el interior a traves de una elevacion 18 cillndrica, sobre la cual se apoya un resorte de compresion 15b interno, manteniendose siempre igualmente en la posicion correcta. Tal como ha podido comprobarse, en la mayorla de los casos esas medidas son suficientes para un posicionamiento y guiado correcto de la posicion de los resortes.

En una variante alternativa, no representada, para guiar los resortes 15a, 15b; en el centro dentro de los resortes, puede estar dispuesto un perno. Ventajosamente, la cabeza del perno se situa en un casquillo que se encuentra atornillado con el sub-brazo 10a en el area de la superficie de contacto del resorte 16 del primer sub-brazo 10a orientado hacia la articulacion 11. En el area de la superficie de contacto del resorte 16 del sub-brazo 10b que se encuentra distanciado de la articulacion 11 se encuentra preferentemente una abertura a traves de la cual el perno se encuentra fijado con la ayuda de una arandela de seguridad.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

La palanca articulada 8 y la segunda palanca de accionamiento 22, conectadas ambas al arbol de conmutacion 2, pueden estar disenadas como palancas separadas. Para reducir la cantidad de componentes y la necesidad de espacio, las dos palancas 8, 22 - tal como se representa en las figuras 1 - 4 - forman sin embargo una palanca doble en llnea recta, es decir que la segunda palanca de accionamiento 22 y el primer brazo 9 de la palanca articulada 8 se encuentran conectados uno con otro en una llnea, donde entre las dos palancas se encuentra dispuesto el arbol de conmutacion 2.

La palanca articulada 8 puede desplazarse desde una primera posicion final mostrada en la figura 2, en la cual se encuentra inclinada, a traves de una posicion extendida mostrada en la figura 3, hacia una segunda posicion final mostrada en la figura 4, en donde igualmente se encuentra inclinada, y de forma inversa.

La fijacion de las dos posiciones finales mostradas en las figuras 2 y 4 puede tener lugar a traves de topes no representados en detalle, los cuales se encuentran dispuestos sobre el arbol de conmutacion 2.

Las longitudes del primer brazo 9, las longitudes del primer y del segundo sub-brazo 10a, 10b; el dimensionamiento de los resortes 15a, 15b y la distancia entre el arbol de conmutacion 2 y el perno 14 se encuentran coordinados unos con respecto a otros, de manera que en la posicion extendida de la palanca articulada 8, mostrada en la figura 3, entre el primer sub-brazo 10a y el segundo sub-brazo 10b se encuentra presente espacio suficiente para los resortes de compresion 15a, 15b comprimidos de forma conjunta.

A traves del orificio alargado 23 en la primera palanca de accionamiento 21 se evita un arrastre de la primera palanca de accionamiento 21 y, con ello, del elemento de mando 6 al interconectar el mecanismo de accionamiento por resorte 3. Despues de una interconexion de esa clase, la palanca de mando 6 del accionamiento de estribo 4 es llevada de forma manual a su respectiva posicion final a traves de un usuario.

A continuacion, mediante las figuras 2 -4, se explica el modo de funcionamiento del mecanismo de accionamiento por resorte:

En la figura 2 se muestra el arbol de conmutacion 2 en una posicion de conmutacion, por ejemplo en una posicion de conexion del dispositivo de conmutacion 1. La palanca articulada 8 se encuentra en una primera posicion final. Los dos brazos 9, 10 de la palanca articulada 8 se encuentran inclinados uno con respecto a otro.

Si un operador mueve de forma manual la palanca de mando 6, entonces mediante la primera palanca de accionamiento 21 y la segunda palanca de accionamiento 22, el arbol de conmutacion 2 rota en sentido antihorario, desplazando la palanca articulada 8 desde su posicion final mostrada en la figura 2 hacia una posicion extendida mostrada en la figura 3, en donde la palanca articulada 8 se encuentra completamente extendida. Durante dicho movimiento, los resortes 15a, 15b se comprimen, as! como se tensan. El soporte 13 sirve como contrasoporte para el segundo brazo 10 de la palanca articulada 8 al comprimirse los resortes 15a, 15b.

Al soltar la palanca de mando 6, antes de alcanzar la posicion extendida, los resortes 15a, 15b presionan la palanca articulada 8, presionando hacia atras nuevamente el arbol de conmutacion 2 en sentido horario, hacia la posicion inicial mostrada en la figura 2.

Al atravesar la posicion extendida, los resortes 15a, 15b se distienden, desplazando la palanca articulada 8 y tambien el arbol de conmutacion 2 a modo de un salto en sentido antihorario hasta la posicion final mostrada en la figura 4, encargandose de un proceso de conmutacion rapido en los elementos de conmutacion de levas del aparato de conmutacion 1. La fuerza elastica se encuentra dimensionada de manera que alcanza una fuerza de conmutacion requerida para el cambio de los contactos del aparato de conmutacion 1.

A traves de un movimiento de la palanca articulada en la direccion inversa, es decir desde la posicion final mostrada en la figura 4 hacia la posicion final mostrada en la figura 2, es posible igualmente un proceso de conexion del aparato de conmutacion.

Tal como puede observarse, para el mecanismo de accionamiento por resorte 3 se necesitan muy pocos componentes diferentes. El mecanismo de accionamiento por resorte 3 posee una estructura muy sencilla en cuanto a su construccion y, en particular en combinacion con un accionamiento de estribo, se caracteriza por una fiabilidad y resistencia al impacto elevadas, al mismo tiempo que por una elevada compactibilidad y una necesidad de espacio reducida. Otra gran ventaja reside en el hecho de que el accionamiento de estribo 4, en lugar de por encima de la placa base 5, puede estar dispuesto tambien por debajo de la placa base 5, donde la primera palanca de accionamiento 21 se acopla con la segunda palanca de accionamiento que proviene desde abajo. Gracias a ello resulta una elevada flexibilidad en cuanto al lugar de instalacion y al manejo del aparato de conmutacion, lo cual se considera especialmente ventajoso en particular para una utilizacion en sistemas moviles, como por ejemplo en buques.

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. Aparato de conmutacion electrico (1), en particular desconectador de carga, con un arbol de conmutacion (2) y con un mecanismo de accionamiento por resorte (3) con un elemento de resorte (15), el cual provoca un movimiento a modo de un salto del arbol de conmutacion (2), donde el mecanismo de accionamiento por resorte (3) comprende una primera palanca articulada (8) con un primer y un segundo brazo (9, 10), donde el primer brazo (9), en su extremo que se encuentra distanciado del segundo brazo (10), se encuentra conectado de forma resistente a la torsion al arbol de conmutacion (2), y el segundo brazo (10), en su extremo que se encuentra distanciado del primer brazo (9), se encuentra montado de forma giratoria, de forma fija con respecto al arbol de conmutacion (2), y donde el segundo brazo (10) comprende dos sub-brazos (10a, 10b), entre los cuales se encuentra dispuesto el elemento de resorte (15), caracterizado porque una segunda palanca de accionamiento (22) y el primer brazo (9) de la palanca articulada (8) en primer lugar se encuentran conectados uno con otro, donde entre las dos palancas se encuentra dispuesto el arbol de conmutacion (2).
2. Aparato de conmutacion electrico (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque en los dos sub-brazos (10a, 10b) se encuentra conformado un soporte (12) para el elemento de resorte (15).
3. Aparato de conmutacion electrico (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento de resorte (15) comprende uno o varios resortes de compresion (15a, as! como 15b).
4. Aparato de conmutacion electrico (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento de resorte (15) comprende dos resortes de compresion (15a, 15b) dispuestos de forma concentrica uno con respecto a otro.
5. Aparato de conmutacion electrico (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por una placa base (6) en la cual o sobre la cual se encuentran montados de forma giratoria el arbol de conmutacion (2) y el segundo brazo (10) de la palanca articulada (8).
6. Aparato de conmutacion electrico (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un elemento de mando que puede accionarse de forma manual y un mecanismo (7) para transformar un movimiento del elemento de mando (6) en un movimiento de rotacion del arbol de conmutacion (2).
7. Aparato de conmutacion electrico (1) segun la reivindicacion 6, caracterizado porque el elemento de mando comprende una palanca de mando (6) que se encuentra conectada de forma resistente a la torsion a un disco giratorio (20), a traves del cual es guiado un extremo de una primera palanca de accionamiento (21), la cual con su otro extremo gula la segunda palanca de accionamiento (22), la cual se encuentra conectada de forma resistente a la torsion con el arbol de conmutacion (2).
8. Aparato de conmutacion electrico (1) segun la reivindicacion 7, caracterizado porque la primera palanca de accionamiento (21) presenta un orificio alargado (23) para guiar la segunda palanca de accionamiento (22).