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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine
Schaltvorrichtung entsprechend der Präambel des
Anspruchs 1.
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Sie ist generell für alle Systeme geeignet, in denen
ein Schalter zum Einsatz kommt, dessen momentane
Übergangsphasen zum geöffneten oder zum geschlossenen
Zustand erfasst oder eventuell gemeldet werden sollen.
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Sie findet besonders guten Einsatz bei der Ausführung
von mehrpoligen Schaltgeräten für die Versorgung von
voreilenden Belastungen, in denen die Aufbringung des
Ladestroms zunächst über Begrenzungswiderstände
erfolgt, die parallel auf den noch geäffneten
Hauptschaltern angeordnet sind, dies über
Hilfsschalter, die seriell mit den Widerständen
angeordnet sind, wobei diese Hauptschalter anschließend
ihrerseits über ein Steuerteil, welches die
vorhergehende Schliessung hervorgerufen hat,
geschlossen werden.
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Diese Schaltgeräte, die insbesondere in Anlagen
eingesetzt werden, bei denen man einen besseren cos phi
erhalten möchte, können aufgrund einer gewissen
Alterung der Kontaktteile Funktionsstörungen aufweisen.
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Die Einhaltung der oben genannten Funktionsfolge wird
im allgemeinen, z.B. in der in der Patentanmeldung EP-
A-00 58 235 beschriebenen Weise, durch den Einsatz
eines Steuerteils erreicht, das mit einem
Elektromagnetanker verbunden ist und gleichzeitig die
beweglichen Teile dieser Schalter betätigt. Über
separate Zwischenräume, welche die beweglichen
Kontaktteile von den beiden Schaltergruppen und den
entsprechenden festen Kontaktteilen trennen, bewirkt
ein und dieselbe Bewegung zunächst das Schließen der
Hilfsschalter und anschließend das Schließen der
Hauptschalter, auf die so lediglich geringe Strommengen
und anschließend eine konstante Stromstärke
entsprechend dem aufgebrachten Leistungsbereich wirken.
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In dem Augenblick, wo aufgrund der Entregung des
Elektromagnets, die zur Entkopplung der voreilenden
Belastung durchgeführt wird, eine entgegengesetzte
Bewegung an das Steuerteil weitergeleitet wird, werden
die Hauptschalter als erste geöffnet und aufgrund des
noch geschlossenen Zustands der Hilfsschalter auf eine
praktisch unbedeutende Weise unterbrochen. Die
Unterbrechung wirkt sich im wesentlichen auf die
Hilfsschalter aus, die aufgrund ihrer schlechteren
Auslegung für diese Funktion die Lebensdauer des
Gerätes beeinträchtigen.
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Da sich die festen und beweglichen Teile dieser
Hauptschalter niemals im Bereich der Aufbringung oder
der Öffnung bei Vollast befinden, können diese nicht
von einer bestimmten Erosion profitieren, die von den
Lichtbögen hervorgerufen wird, und es wird folglich
eine progressive, höhere Verschmutzung der
Kontaktflächen festgestellt, die mit einer unnormalen
Erhöhung des Kontaktwiderstandes und manchmal mit dem
Ausbleiben des elektrischen Schließens der Hauptpole
einhergeht. Die Widerstandserhöhung kann ihrerseits
wiederum eine Störung des Wärmeausgleichs des
Schaltgerätes, insbesondere des Hilfsschalters und der
Widerstände, hervorrufen.
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Für diese Anwendungsart hat die Erfindung zum Zweck,
ein Schaltgerät bereitzustellen, das beim Schließen wie
oben angeführt funktioniert, wobei jedoch die
Schaltfolge der Kontaktteile der Haupt- und
Hilfsschalter beim Öffnen umgekehrt wird, um auf
sichere Weise die Umschaltung des Stromdurchgangs der
Hilfsschalter auf die Hauptschalter zu gewährleisten.
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Um diese Ergebnisse zu erreichen, bietet die Erfindung
eine Schaltvorrichtung, die mindestens einen
Hauptschalter beinhaltet, der von einer geöffneten
Stellung während einer vorübergehenden Schließphase auf
eine geschlossene Stellung und von einer geschlossenen
Stellung während einer vorübergehenden Öffnungsphase in
eine geöffnete Stellung übergehen kann, wobei diese
beiden Phasen durch die jeweilige Verlagerung eines
Steuerteils gesteuert werden. Sie enthält ebenso
mindestens einen Hilfsschalter, der mindestens einen
festen und einen beweglichen Kontakt beinhaltet, der
über eine mechanische Verbindung mit dem besagten
Steuerteil verbunden ist.
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Entsprechend der Erfindung ist diese Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, daß die besagte mechanische
Verbindung eine ausschaltbare Kupplung beinhaltet, die
so ausgelegt ist, daß während der vorübergehenden
Schließphase durch Schließen des Hilfsschalters vor dem
Schließen des Hauptschalters und durch Öffnen des
Hilfsschalters nach dem Schließen des Hauptschalters
von einer eingekuppelten Stellung in eine ausgekuppelte
Stellung übergegangen und anschließend während eines
nachfolgenden Übergangs des Hauptschalters von der
besagten ausgekuppelten Stellung in die eingekuppelte
Stellung über die andere vorübergehenden Phase
übergegangen werden kann.
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Die oben genannte ausschaltbare Kupplung ist in
vorteilhafter Weise vom Typ mit Belastungsunterbrecher
und ist so ausgelegt, daß ein Ausschalten bewirkt wird,
wenn die von dem Steuerteil des Hauptschalters an den
Hilfsschalter zugeführte Steuerkraft einen zuvor
festgelegten Grenzwert überschreitet.
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Entsprechend einem ersten Ausführungsmodus der
Erfindung besteht die oben genannte ausschaltbare
Kupplung aus elastischen Sperrelementen.
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Entsprechend einem zweiten Ausführungsmodus, der dazu
bestimmt ist, einem möglichen Verschleiß der beim
häufigen Ein- und Auskuppeln aufeinander reibenden
Flächen entgegenzuwirken, ist die auschaltbare Kupplung
mit mindestens zwei magnetisch miteinander verbundenen
Teilen ausgestattet.
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Schließlich sind gemäß einer Maßnahme, die im einen
oder anderen dieser beiden Ausführungsmodi von Vorteil
ist, der Hilfsschalter und die hierzu gehörige
Rückstellfeder in einem Gehäuse angeordnet, das
unabhängig vom Schaltgerätekörper ist, der den
Hauptschalter, eine Ankerrückstellfeder sowie den
Elektromagneten beinhaltet, auf den die
Betätigungsfunktion der beiden Schalterarten übertragen
wird.
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Die Erfindung sowie die Ausführungsvarianten, für die
sie geeignet ist, werden besser beim Lesen der
nachstehenden Beschreibung und bei Ansicht der
beigefügten Begleitabbildungen deutlich, auf denen
dargestellt sind:
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Abbildung 1: ein Schaltplan eines Anschlußkreises
einer voreilenden Belastung an ein
Dreiphasennetz unter Einsatz eines Gerätes
entsprechend der Erfindung;
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Abbildung 2: eine schematische Ansicht der beiden
Schaltsysteme im Ruhestand;
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Abbildung 3: ein erster Ausführungsmodus einer
abnehmbaren, mechanischen Kupplung, die zwei
Kontaktträger miteinander verbindet, die in
Verlängerung zueinander angebracht sind;
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Abbildung 4: ein Schaltgerätezustand, der einer
Funktionsphase entspricht, in der die
Hauptschalter geschlossen und die Hilfsschalter
geöffnet sind, und
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Abbildung 5: ein zweiter Ausführungsmodus einer
abnehmbaren, magnetischen Kupplung, die zwei
Kontaktträger miteinander verbindet, die
einander gegenüberliegend angeordnet sind.
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Ein Anschlußkreis 1 einer voreilenden Belastung 2, die
durch 3 Kondensatoren - C1, C2, C3 - gebildet wird, an
ein Dreiphasennetz - R, S, T, - ist auf Abbildung 1
abgebildet.
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In einem ferngesteuerten Gerätetyp, der auf dieser
Abbildung als Beispiel für diese Anschlußdurchführung
abgebildet ist, wird einerseits ein elektromagnetisches
Schaltgerät 3 eingesetzt, das in einem Gehäuse 26 einen
Elektromagneten 4, einen beweglichen Anker 5, eine
Rückstellfeder 5', die dazu dient, diesen in
Ruhestellung zu bringen, und ein Steuerteil 6
beinhaltet, das auf günstige Weise aus einer
lsoliergabel oder einem Kontaktträger bestehen kann,
auf dem bewegliche Teile einer Gruppe von dreipoligen
Hauptschaltern 7, 8, 9 angebracht sind, und
andererseits ein Gehäuse 11, das mechanisch mit dem
Gehäuse 26 verbunden ist, und eine Gruppe von
Hilfsschaltern 13, 14, 15 beinhaltet, die durch ein
zweites Steuerteil 12 betätigt wird, das ebenfalls in
Form einer Isoliergabel oder eines Kontaktträgers
ausgeführt werden kann, die über eine eigene
Rückstellfeder 12' betätigt wird und deren Wirkung dazu
dient, diese Schaltungen zu öffnen.
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Die beiden Steuerteile, die hier auf günstige Weise,
jedoch nicht zwingendermaßen, bündig angeordnet sind,
sind mit Hilfe einer lösbaren Kupplung 20, deren
Funktion nachstehend näher erläutert wird, aneinander
angekoppelt.
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Es muß klar sein, daß die Verwendung eines
Schaltgerätes hier nur im Rahmen einer Fernsteuerung
berücksichtigt werden darf und folglich manuelle
Steuermittel, die den Elektromagneten ersetzen, in
einem Gerät eingesetzt werden könnten, die ein und
dieselbe mechanische und elektrische Funktion aufweisen
und zu diesem Zweck eventuell zusammen in einem
einzigen hierfür geeigneten Gehäuse oder Gehäuseschrank
untergebracht sind. Bekannte mechanische Mittel könnten
in diesem Fall zwischen einem manuellen Steuerteil und
einem Steuergerät des Kontaktträgers angebracht werden,
um an dieses ausreichend schnelle Öffnungs- und
Schließbewegungen weiterzuleiten.
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Die Hilfsschalter 13, 14, 15 sind seriell mit den
jeweiligen Begrenzungswiderständen - R1, R2, R3 -
angeordnet, wobei jede dieser seriellen Schaltungen
parallel auf einem entsprechenden Hauptschalter 9, 8, 7
angebracht ist.
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Jeder Widerstand R1 kann in zwei serielle Widerstände
R1a und R1b aufgeteilt werden, die an jeder Seite des
entsprechenden Hilfsschalters 13 angebracht sind. Die
Widerstände, die hier außerhalb der Gehäuse 26, 11
angeordnet sind, sind in vorteilhafter Weise über ihre
Anschlußleiter an die Außenanschlußklemmen
angeschlossen, damit eine gute Wärmestreuung
stattfinden kann und der Hersteller die gewöhnlichen
Gehäuse, die er für die Aufnahme des Schützes und des
Hilfsschaltblocks (siehe Abbildung 1) zur Verfügung
hat, nicht ändern muß.
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Im Ruhezustand des auf dieser Abbildung dargestellten
Gerätes werden die beiden Gruppen der Haupt- und
Hilfsschalter durch die Betätigung der Rückstellfedern
geöffnet.
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Da die Kontaktträger 6 und 12 über eine Kupplung 20,
die in Ruhestellung aktiv ist, miteinander verbunden
sind, wird jegliche Bewegung des ersten in Richtung F
im Augenblick der Erregung des Elektromagneten eine
gleichzeitige Verlagerung des zweiten bewirken.
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Um zu vermeiden, daß momentante Ladeströme, die bei
einem Direktanschluß des Netzes und der Ladung hohe
Werte erreichen könnten, im Hauptversorgungsstromkreis
21, der die Hauptschalter beinhaltet, fließen, werden
im Augenblick dieser Erregung über ein vorheriges
Schließen der Hilfsschalter geringe Lastströme in den
Hilfsversorgungsstromkreis 22 abgeleitet.
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Dieses Schließen, das einige Millisekunden vor dem
Schließen der Hauptschalter erfolgt und lediglich
geringe Anfangsströme über die drei Widerstände
durchläßt, wird durch eine Differenz der eigenen
Schließabstände der Schaltteile der Hauptschalter - e2
- und Hilfsschalter e1 - erhalten, wobei letztere
geringer sind.
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Das angestrebte Ziel wird hier durch eine sinnvolle
Wahl der Hübe der beiden Kontaktträger erreicht, wobei
der Hub - c1 - des Hilfsarms durch den Einsatz eines
mechanischen Anschlags, der den ersten zurückhält
während der zweite seinen Hub weiterführt, siehe
Abbildung 2, unter den Hub - c2 - des
Hauptkontaktträgers gebracht wird.
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Diese Hubdifferenz wird hier genutzt, damit ein
automatisches Ausschalten der Kupplung 20 und somit der
beiden Kontaktträger erfolgt, sodaß der
Hilfskontaktträger freigesetzt werden und dieser zu
seiner Ruhestellung zurückkehren kann, wenn der
Hauptkontaktträger bereits das Schließen der
entsprechenden Schalter ausgelöst hat.
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Damit sich das komplette Gerät in einem Ruhezustand
befindet, der identisch ist mit dem, in dem es sich vor
der Erregung des Elektromagnets befand, werden
Maßnahmen getroffen, damit die Rückkehr des
Hauptkontaktträgers in die Ruhestellung schnell die
Einschaltung der Kupplung 20 unter der einfachen
Wirkung ihrer eigenen Rückstellfeder wieder vornimmt
und die ursprüngliche Einheit der beiden Kontaktträger
6 und 12 wieder herstellt.
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Bei einem ersten abnehmbaren Kupplungstyp 20, der auf
der Abbildung 3 im eingekuppelten Zustand zu sehen ist,
wenn das komplette Gerät in Ruhestellung ist, werden
einfache mechanische Mittel eingesetzt, die während der
Fertigung gegossen oder ausgegossen werden, oder im
Gegenteil eine Verbindung geeigneter Ersatzteile.
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Eine Verlängerung 16 des Kontaktträgers 6, die durch
eine Öffnung 27 des Schaltgehäuses 26 hindurchgeht und
im Verhältnis zu einer ihm zugehörigen Fläche 30 (z.B.
einer Stirn- oder Randfläche) herausragt, weist einen
Ausgang 28 auf, dessen gegenüberliegende Ränder 24, 24'
am Eingang enger sind als das Quermaß einer Senkung 29,
die sich ihm anschließt.
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Der Kontaktträger 12 des Hilfsschaltgehäuses 11
beinhaltet seinerseits eine Verlängerung in Form einer
Gabel 19 mit elastischen Zweigen 17, 18, wobei die
Enden 17', 18' der elastischen Zweige 17, 18 breiter
sind als der ihnen vorangehende Abschnitt. Durch die
Elastizität dieser Gabel, deren notwendige Steifigkeit
den Einsatz eines elastischen Stützmetallteils 23
erforderlich machen kann, ist es ihr möglich, sich aus
der Senkung herauszulösen, wenn ein ausreichender
Längszug zwischen den beiden Kontaktträgern ausgeübt
wird, und sich wiederum in diese Vertiefung
einzupassen, wenn ein Längsstoß durch den Kontaktträger
6 zum Kontaktträger 12 hin ausgeübt wird.
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Im Zustand, in dem die beiden Gehäuse miteinander
verbunden sind, der durch den Einsatz von
Aufnehmeelementen 32, 33, die auf den
gegenüberliegenden Flächen 30, 31 in Ruhestellung der
beiden Kontaktträger 6, 12 dargestellt sind,
hergestellt werden kann, hat die Rückstellfeder 12'
letzeren durch die Aufbringung einer relativ schwachen
Kraft gegen einen eigenen Anschlag 25' des Gehäuses 11
zurückgebracht und die Rückstellfeder 5' des Ankers hat
den Kontaktträger 6 in der gleichen Richtung in
Ruhestellung zurückgebracht.
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Wenn sich der Kontaktträger 6 infolge der Erregung des
Elektromagneten in Richtung F verlagert, ist ein erster
Hub - c1 -, der den Kontaktträger 12 durch Komprimieren
der Feder 12' heranführt, für das Schließen der
Schalter 13, 14, 15 und die Herstellung eines
geeigneten Schaltdrucks erforderlich. Diese Bewegung
dauert so lange, bis der Moment erreicht ist, wo der
Kontaktträger 12 auf eine erste Anschlagfläche 25
seines Gehäuses 11 auftrifft und aufsetzt, siehe
Abbildung 2.
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Da der Hub - c2 - des Hauptschaltträgers so gewählt
wird, daß er grösser ist als - c1 -, löst sich die
Gabel 19 aus der Senkung 29 heraus und Zweige 24, 24'
erlauben es der Rückstellfeder 12', den Kontaktträger
12 in Richtung G gegen einen Anschlag 25'
herauszutreiben. Es versteht sich, daß das Ausschalten
der Kupplung 20 und das hierdurch hervorgerufene Öffnen
der Hilfsschalter nur erfolgen, wenn die Hauptschalter
selbst am Schließen sind und der Schaltdruck ihrer
beweglichen Teile bereits einen ausreichenden Wert
erreicht hat, siehe Abbildung 4.
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Eine Entregung des Elektromagneten des Schalters, der
es dem Kontaktträger 6 möglich macht, - in Richtung G -
über die Rückstellfeder 5' wieder in seine Ruhestellung
zurückzukehren, bringt die Ränder des Ausgangs 28 mit
der Gabel 19 in Berührung, indem auf sie stoßweise eine
Querquetschung ausgeübt wird, wodurch sie in die
Senkung 29 hineingleiten kann, so daß die Einschaltung
der Kupplung 20 bis zum neuen Funktionszyklus wieder
hergestellt wird, siehe Abbildung 2.
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Damit diese Kupplung ohne Längsspiel erfolgt, was
andernfalls die Folge der nacheinanderfolgenden
Ausschaltungen beeinträchtigen könnte, kann in der
Senkung 29 auf vorteilhafte Weise eine elastische
Platte 29' angebracht werden, die ein bemessenes
Eindringen und-Längsquetschen der Gabel ermöglicht und
folglich die beiden Kontaktträger in relative, präzise
Positionen bringt.
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Die bisher beschriebenen Mittel sind nur voll wirksam,
wenn der Verlauf der Anziehungskurve des
Elektromagneten sinnvoll gewählt worden ist, damit die
Verlangsamungen, die einerseits von dem
Energieverbrauch, der für das Ausschalten der Kupplung
20 erforderlich ist, und andererseits von dem
Zusammendrücken der Feder 12' hervorgerufenen werden,
nicht zu hoch sind.
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Des weiteren muß die durch die Rückfederung der
Ankerrückstellfeder 5' aufgebrachte Energie ausreichen
um zu gewährleisten, daß die Gabel in die Senkung
eindringen kann, und dies unabhängig von der von dem
Gerät im Raum eingenommenen Orientierung.
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Entsprechend einer zweiten Ausführung der abnehmbaren
Kupplung 40, die auf der Abbildung 5 zu sehen ist, sind
die beiden Kontaktträger 38, 39 miteinander verbunden,
wobei hier die Haftung der magnetisierten Teile 37 und
der magnetisierbaren Teile 36, z.B. unter Verwendung
eines Ferrit und Weicheisen, genutzt wird.
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Um den spezifischen Zwängen hinsichtlich des
Produktionskomforts und der Senkung der technischen
Kosten gerecht zu werden, kann das magnetisierbare Teil
und der Permanentmagnet auf dem einen oder dem anderen
Kontaktträger angebracht werden.
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Es ist ein wesentlicher Faktor, von einer Bedienung zur
anderen eine regelmäßige Kupplungskraft zu
gewährleisten. So kann zumindest einem der Teile 36, 37
die Möglichkeit gegeben werden, sich im Raum zu
orientieren, z.B. unter Einsatz von
Elastomerwerkstoffen zu deren Stützung oder durch deren
Befestigung auf gegossenen Gelenkstellen der oder eines
Kontaktträgers.
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Schließlich versteht es sich, daß die Ruhestellungen
der beiden Kontaktträger ausreichend nahe beieinander
liegen müssen, um einen materiellen Kontakt mit dem
Permanentmagneten zu vermeiden, und dennoch eine für
eine automatische Magnetkupplung ausreichende Nähe zu
gewährleisten.
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Für die Positionen der Anschlagflächen, die für das
Ablösen der magnetischen und magnetisierbaren Teile bei
der Erregung des Elektromagneten erforderlich sind,
werden hier die Erwägungen zugrundegelegt, die analog
zu denen sind, die für die mechanische Kupplung
ausschlaggebend sind.
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Andere ausschaltbare Kupplungsarten können an die
Stelle derer treten, die soeben beschrieben worden
sind, ohne den Rahmen der beanspruchten Erfindung zu
überschreiten.