DE69804403T2

DE69804403T2 - Antrieb für einen Dreistellungsschalter oder Dreistellungslastschalter

Info

Publication number: DE69804403T2
Application number: DE1998604403
Authority: DE
Inventors: Bernard Jacquemet; Claude Jay; Joseph Marzocca; Michel Perrone; Nicolas Puget
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2018-09-05
Also published as: EP0908908B1; NO984173D0; NO984173L; DE69804403D1; FR2768552B1; EP0908908A1; ES2174407T3; FR2768552A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgetriebe eines Mittelspannungs- Lastschalters oder Leistungsschalters mit
- einer Kontakte tragenden oder betätigenden Hauptschaltwelle, die wahlweise in drei verschiedene stabile Stellungen verbracht werden kann, und zwar insbesondere eine mittlere Ausschaltstellung des Schalters, eine Einschaltstellung des Schalters sowie eine Erdungsstellung,
- einem Einschaltfedersystem und einer Ausschaltfeder, die mit Antriebsmitteln zusammenwirken, um die Verschiebung der Hauptschaltwelle zwischen den drei Stellungen zu gewährleisten, wobei der Übergang von der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung des Schalters durch Entspannung der Einschaltfedern und umgekehrt der Übergang von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung des Schalters durch Entspannung der Ausschaltfeder erfolgt.
Ein bekanntes Schaltgetriebe der beschriebenen Art umfaßt zwei voneinander unabhängige Antriebsanordnungen, von denen eine zum Ein- bzw. Ausschalten der Schalterkontakte und die andere zum Herstellen und Trennen der Erdungsverbindung dient. Jede dieser als Tumblermechanismus ausgeführten Anordnungen verfügt über eine Feder sowie Systeme zur gegenseitigen Verriegelung, die jede Fehlbedienung, insbesondere eine Erdung bei geschlossenem Schalter verhindern. Solche Anordnungen sind kompliziert und nur bedingt zuverlässig.
Bei der in der Druckschrift FR-A-2660109 beschriebenen Anordnung wird nur eine Feder verwendet, die schlagartige Bewegungen der Hauptschaltwelle zur Folge hat, da ein Kniehebelmechanismus die Hauptschaltwelle bei der Überführung von der genannten Mittelstellung in die Einschaltstellung bzw. in die Erdungsstellung des Schalters mit einem ansteigenden Kraftmoment beaufschlagt, um in diesen beiden Stellungen in die Totpunktlage mit stabiler Verriegelung der Hauptschaltwelle zu gelangen. Ein Verriegelungssystem verhindert dabei jede ungewollte Drehung der Hauptschaltwelle während des Spannens sowie jede Rückprallwirkung beim Ausschaltvorgang. Der Mechanismus weist darüber hinaus eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung auf, die aus einem Hebel zur gegenseitigen Verriegelung besteht, welche eine Erdung bei geschlossenem Schalter bzw. ein Einschalten des Schalters bei geschlossenem Erdungskontakt verhindert. Dieser Verriegelungshebel wirkt mit den Schaltwellen zusammen, indem er beispielsweise das Ansetzen des Antriebshebels verhindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten eines Schaltgetriebes eines Lastschalters bzw. Leistungsschalters mit drei Schaltstellungen zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel folgende Teile umfassen:
- eine erste Antriebsscheibe, die schwenkbar auf einer ersten Achse gelagert ist und einen außermittig angeordneten Zapfen trägt, der über Übertragungsmittel mit der Hauptschaltwelle verbunden ist und als Abstützung für eines der Enden der Ausschaltfeder dient,
- eine zweite Antriebsscheibe, die zusammen mit einer Steuerkurve drehbar auf einer zweiten Achse gelagert ist, um die Kompression der Einschaltfedern bis zur Überwindung der Totpunktlage entsprechend der Gespanntstellung des Getriebes bzw. mittels einer Rolle die Verdrehung der ersten Scheibe durch Entspannung der Einschaltfedern zur Erzeugung der Ausschaltkompression sowie die Übertragung einer Kraft auf die Übertragungsmittel zu bewirken,
- sowie eine dritte Antriebsscheibe mit einem Zapfen, an dem sich das andere Ende der Ausschaltfeder abstützt.
Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist das Einschaltfedersystem zwischen zwei Teleskopführungen eingesetzt, die zwischen zwei Rückhalteachsen montiert sind, von denen eine außermittig an der zweiten Antriebsscheibe befestigt ist.
Die dritte Antriebsscheibe ist drehbar auf einer Achse gelagert und stützt sich an einem Anschlag ab, der fest mit einer der Führungen verbunden ist.
Die erste Antriebsscheibe wirkt mit einer Ausschaltklinke zusammen, die einerseits eine Verriegelungsstellung einnehmen kann, um den Schalter in seiner Einschaltstellung und die Ausschaltfeder im gespannten Zustand zu halten, und andererseits nach Freigabe eines Ausschaltnocken in eine Entriegelungsstellung übergehen kann, so daß die erste Scheibe freigegeben wird und die Entspannung der Ausschaltfeder zum Übergang von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung ermöglicht.
Die zweite Antriebsscheibe kann mit einer Einschaltklinke zusammenwirken, die über einen Einschaltnocken gesteuert wird und entweder eine Verriegelungsstellung mit Rückhaltung der nach dem Spannen in den Einschaltfedern gespeicherten Energie oder eine Entriegelungsstellung mit anschließender Entspannung der Einschaltfedern und Überführung der Hauptschaltwelle in die Einschaltstellung einnehmen kann.
Am Ende des Spannhubs der Einschaltfedern kann die gespeicherte Energie entweder in einer ersten Betriebsart CI1 ohne Einschaltklinke direkt für eine Einschalthandlung genutzt oder in einer dem Leistungsschalterbetrieb entsprechenden Betriebsart CI2 von der Einschaltklinke zurückgehalten werden.
Nach einem kennzeichnenden Merkmal der Erfindung kann die Ausschaltfeder durch Drehung der dritten Antriebsscheibe in der Verriegelungsstellung der Einschaltklinke komprimiert werden, um nach Überwindung der Totpunktlage eine unabhängige Schalthandlung des Bedieners zur Überführung in die Erdungsstellung zu ermöglichen.
Zum besseren Verständnis ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
- Fig. 1 eine explodierte schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes mit Darstellung des Schaltgeräts in der Ausschaltstellung und des Getriebes in der Ruhestellung;
- Fig. 2 eine zu Fig. 1 analoge Ansicht mit Darstellung des Schaltgeräts in der Ausschaltstellung und des Getriebes in der Gespanntstellung zur Durchführung einer Einschalthandlung;
- Fig. 3 eine zu Fig. 2 analoge Ansicht mit Darstellung des Schaltgeräts in der Einschaltstellung und des Getriebes in der Gespanntstellung zur Durchführung einer Ausschalthandlung.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Energiespeicher-Schaltgetriebe MC, das dazu dient, einen Mittelspannungs-Lastschalter oder -Leistungsschalter über eine Hauptschaltwelle 15 zu betätigen, welche wahlweise in drei verschiedene, stabile Stellungen verbracht werden kann, und zwar in eine mittlere Ausschaltstellung des Schalters, eine Einschaltstellung des Schalters und eine Erdungsstellung.
Auf der Hauptschaltwelle 15 ist ein Betätigungshebel 14 montiert, der über eine Schaltstange 13 an einen Zapfen 12 angelenkt ist, welcher außermittig auf einer, schwenkbar auf einer ersten Achse 7 gelagerten, ersten Antriebsscheibe 6 befestigt ist. In der Ausschaltstellung stützt sich die erste Antriebsscheibe 6 in einer stabilen Stellung an einem Anschlag 9 ab, der durch einen Zylinderstift gebildet wird. Der Zapfen 12 trägt eine Rolle 11, die dazu dient, mit einer Steuerkurve 3 zusammenzuwirken, die zusammen mit einer zweiten Antriebsscheibe 2 auf einer zweiten Achse 1 montiert ist.
Ein Einschaltfedersystem 4 ist zwischen zwei Teleskopführungen 30, 31 eingesetzt, die zwischen zwei Feder-Rückhalteachsen 26, 27 angeordnet sind, von denen eine 26 außermittig an der zweiten Antriebsscheibe 2 befestigt ist. Eine Ausschaltfeder 5 ist zwischen den Zapfen 12 der ersten Antriebsscheibe 6 und einen Zapfen 20 eingesetzt, der an einer dritten Antriebsscheibe 21 befestigt ist, welche zur Überführung des Getriebes MC in die Erdungsstellung dient.
Die dritte Antriebsscheibe 21 ist drehbar auf einer Achse 19 gelagert und stützt sich an einem fest mit der oberen Führung 30 verbundenen Anschlag 23 ab.
Die erste Antriebsscheibe 6 wirkt mit einer Ausschaltklinke 25 zusammen, die schwenkbar auf der ersten Achse 1 montiert ist und über einen Ausschaltnocken 8 in Richtung der Verriegelungsstellung beaufschlagt wird.
Die zweite Antriebsscheibe 2 kann mit einer Einschaltklinke 24 zusammenwirken, die begrenzt schwenkbar auf einer Achse 32 montiert ist und über einen Einschaltnocken 10 gesteuert wird.
Die Funktionsweise des in Fig. 1 bis 3 gezeigten Schaltgetriebes MC ist nachstehend beschrieben.
Je nachdem, ob die Einschaltklinke 24 genutzt wird oder nicht, ergeben sich zwei mögliche Schalter-Betriebsarten.
Bei der ersten Betriebsart CI1 wird nur eine Ausschaltverrastung mit Hilfe der Klinke 25 und des Ausschaltnockens 8 genutzt. Bei der zweiten Betriebsart CI2 entsprechend einem Leistungsschalterbetrieb wird die doppelte Verrastung mit den beiden Klinken 25, 24 für die Einschalt- und die Ausschalthandlung genutzt.

Spannen des Getriebes für die Schaltfunktion:

In der Aus-Entspannt-Stellung gemäß Fig. 1 befinden sich die Schalterkontakte in der Ausschaltstellung und das Getriebe MC in der entspannten Ruhelage. Die erste Antriebsscheibe 6 wird gegen den Anschlag 9 gedrückt, die Steuerkurve 3 ist inaktiv und dabei vollständig von der Rolle 11 abgehoben.
Die dritte Antriebsscheibe 21 stützt sich am Anschlag 23 ab, und die Einschaltfedern 4 sowie die Ausschaltfeder 5 sind entspannt.
Eine Drehung der zweiten Achse 1 und der zweiten Antriebsscheibe 2 bewirkt die Kompression der Einschaltfedern bis zur Überwindung der Totpunktlage. An diesem Punkt ist der Spannvorgang beendet und die gespeicherte Energie kann entweder im Leistungsschalterbetrieb (Betriebsart CI2) durch die sich am Einschaltnocken 10 abstützende Einschaltklinke 24 gespeichert oder direkt nach Beendigung des Spannvorgangs zur Ausführung einer Einschalthandlung genutzt werden (Betriebsart CI1).

Einschalten des Schalters in der Betriebsart CI1:

In diesem Fall ist die Einschaltklinke 24 nicht vorhanden. Nach Überwindung der Totpunktlage am Ende des Spannvorgangs gibt das Einschaltfedersystem 4 die gespeicherte Energie frei und bewirkt so die Drehung der über die Achse 1 mit der zweiten Antriebsscheibe 2 verbundenen Steuerkurve 3.
Im Verlauf der Drehung gelangt die Steuerkurve 3 an Anschlag an die auf dem Zapfen 11 montierte Rolle 11 und bewirkt die Drehung der ersten Antriebsscheibe 6 im Gegenuhrzeigersinn. Die Steuerkurve 3 wird vor dem Ende ihrer Drehbewegung von der Rolle 1 zurückgezogen, wobei die durch Fluchtung der Achsen 1, 26 und 27 definierte Endstellung die Abschaltung des Schalters ermöglicht.
Das Verschwenken der ersten Antriebsscheibe 6 aus ihrer Stützlage am Anschlag 9 bewirkt die Kompression der mit dem Zapfen 12 verbundenen Ausschaltfeder 5 und die Speicherung der für die Ausschalthandlung erforderlichen Energie. Die mit dem Zapfen 12 verbundene Schaltstange 13 wird verschoben und überträgt über die Gelenkachse 16 eine Schwenkbewegung auf den Betätigungshebel 14. Die Stange 13 verschiebt sich aufgrund eines in ihr ausgebildeten Langlochs in einer ersten Phase geradlinig und beschreibt in einer anschließenden zweiten Phase eine Schwenkbewegung, wobei sie auf den Betätigungshebel 14 ein Drehmoment ausübt, das diesen um die Achse 15 herum beaufschlagt. Durch weitere Drehung des Hebels 14 bis in seine Endstellung läßt sich der Schalter in die Einschaltstellung bringen, in der die erste Antriebsscheibe 6 aufgrund der Verrastung der Ausschaltklinke 25 mit dem Ausschaltnocken 8 (siehe Fig. 2) durch die Steuerkurve 3 in eine Verriegelungsstellung überführt worden ist.
Während der gesamten Einschalthandlung stützt sich die Ausschaltfeder 5 am Zapfen 20 ab und verharrt aufgrund der Blockierung der dritten Antriebsscheibe 21 durch den Anschlag 23 in ihrer Stellung.

Einschalten des Schalters in der Betriebsart CI2:

Nach Überwindung der Totpunktlage am Ende des Spannvorgangs wird aufgrund der Blockierung der zweiten Antriebsscheibe 2 durch die Einschaltklinke 24, die ihrerseits durch Abstützung am Einschaltnocken 10 gehalten wird, die Energie der Einschaltfedern gespeichert. Die Entriegelung des Einschaltnockens 10 durch manuelle Betätigung eines Drucktasters oder elektrische Betätigung über eine Auslösespule bewirkt die Freigabe der Klinke 24 und der Scheibe 2. Es ergibt sich somit eine Einschalthandlung mit dem gleichen Ablauf wie in der zuvor beschriebenen Betriebsart CI1.

Ausschalten des Schalters

In der Einschaltstellung des Schalters (siehe Fig. 3) ist die Ausschaltfeder 5 maximal gespannt und wird durch die Verrastung der Ausschaltklinke 25 mit dem Ausschaltnocken 8 in dieser Stellung gehalten. Die Einschaltfeder 4 ist entspannt. Die Entriegelung des Ausschaltnockens 8 bewirkt die Freigabe der Ausschaltklinke 25 sowie der ersten Antriebsscheibe 6, die durch Entspannung der Ausschaltfeder 5 verschwenkt wird. Diese Entspannung bewirkt zugleich die Verschiebung der Schaltstange 13 sowie über die Gelenkachse 16 das Verschwenken des Betätigungshebels 14. Dabei hat der Betätigungshebel 14 eine Drehung um seine Achse 15 ausgeführt, um in die Ausschaltstellung des Schalters zu gelangen (siehe Fig. 2).
Die erste Antriebsscheibe 6 wird gegen den Anschlag 9 geführt und hält den Schalter in der Ausschaltstellung. Während des gesamten Entspannungshubs der Ausschaltfeder 5 behält diese eine stabile Lage mit Abstützung am Zapfen 20, der aufgrund der Verrastung der dritten Antriebsscheibe 21 mit dem Anschlag 23 in seiner Position verharrt.

Leistungsschalterbetrieb

In der Einschaltstellung des Lastschalters (bzw. Leistungsschalters) ist die Ausschaltfeder 5 maximal gespannt und wird durch die Verrastung der Ausschaltklinke 25 mit dem Ausschaltnocken 8 in dieser Stellung gehalten. Eine Drehung der zweiten Achse 1 und der zweiten Antriebsscheibe 2 bewirkt die Kompression der Einschaltfedern bis zur Überwindung der Totpunktlage. Damit ist der Spannvorgang beendet, und die gespeicherte Energie wird durch die mit dem Einschaltnocken 10 verrastete Einschaltklinke 24 zurückgehalten. Eine gegenseitige Verriegelung verhindert das Freisetzen der Einschaltenergie bei bereits geschlossenem Schalter. Dadurch kann eine Schaltfolge mit der Sequenz: Ausschalten des Schaltgeräts, Einschalten des Schaltgeräts, Ausschalten des Schaltgeräts gemäß vorausgehender Beschreibung realisiert werden.

Erdung

Die Erdungsbetriebsart CIT entspricht einem Tumblerantrieb entsprechend der Beschreibung in der Patentschrift FR-N_9003794 mit Totpunktüberwindung des Zapfens 20 in bezug auf die Achsen 19 und 20. Die Ausschaltfeder 5 des Schalters dient hier sowohl zum Einschalten als auch zum Ausschalten der Erdungsfunktion.
Durch die Drehung der dritten Antriebsscheibe 21 im Uhrzeigersinn kann die Erdung unabhängig davon erfolgen, ob die Einschaltfedern gespannt oder entspannt sind.

Claims

1. Schaltgetriebe eines Mittelspannungs-Lastschalters oder Leistungsschalters mit

- einer Kontakte tragenden oder betätigenden Hauptschaltwelle (15), die wahlweise in drei verschiedene stabile Stellungen verbracht werden kann, und zwar insbesondere eine mittlere Ausschaltstellung des Schalters, eine Einschaltstellung des Schalters sowie eine Erdungsstellung,

- einem Einschaltfedersystem (4) und einer Ausschaltfeder (5), die mit Antriebsmitteln zusammenwirken, um die Verschiebung der Hauptschaltwelle (15) zwischen den drei Stellungen zu gewährleisten, wobei der Übergang von der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung des Schalters durch Entspannung der Einschaltfedern (4) und umgekehrt der Übergang von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung des Schalters durch Entspannung der Ausschaltfeder (5) erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel folgende Teile umfassen:

- eine erste Antriebsscheibe (6), die schwenkbar auf einer ersten Achse (7) gelagert ist und einen außermittig angeordneten Zapfen (12) trägt, der über Übertragungsmittel (13, 16, 14) mit der Hauptschaltwelle (15) verbunden ist und als Abstützung für eines der Enden der Ausschaltfeder (5) dient,

- eine zweite Antriebsscheibe (2), die zusammen mit einer Steuerkurve (3) drehbar auf einer zweiten Achse (1) gelagert ist, um die Kompression der Einschaltfedern (4) bis zur Überwindung der Totpunktlage entsprechend der Gespanntstellung des Getriebes bzw. mittels einer Rolle (11) die Verdrehung der ersten Scheibe (6) durch Entspannung der Einschaltfedern (4) zur Erzeugung der Kompression der Ausschaltfeder (5) sowie die Übertragung einer Kraft auf die Übertragungsmittel zu bewirken,

- sowie eine dritte Antriebsscheibe (21) mit einem Zapfen (20), an dem sich das andere Ende der Ausschaltfeder (5) abstützt.

2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschaltfedersystem (4) zwischen zwei Teleskopführungen (30, 31) eingesetzt ist, die zwischen zwei Feder-Rückhalteachsen (26, 27) angeordnet sind, von denen eine (26) außermittig an der zweiten Antriebsscheibe (2) befestigt ist.

3. Schaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Antriebsscheibe (21) drehbar auf einer Achse (19) gelagert ist und sich an einem fest mit einer der Führungen (30) verbundenen Anschlag (23) abstützt.

4. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebsscheibe (6) mit einer Ausschaltklinke (25) zusammenwirkt, die einerseits eine Verriegelungsstellung einnehmen kann, um den Schalter in seiner Einschaltstellung und die Ausschaltfeder (5) im gespannten Zustand zu halten, und andererseits nach Freigabe eines Ausschaltnocken (8) in eine Entriegelungsstellung übergehen kann, so daß die erste Scheibe (6) freigegeben wird und die Entspannung der Ausschaltfeder (5) zum Übergang von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung ermöglicht.

5. Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Antriebsscheibe (2) mit einer Einschaltklinke (24) zusammenwirken kann, die über einen Einschaltnocken (10) angesteuert wird und entweder eine Verriegelungsstellung mit Rückhaltung der nach dem Spannen in den Einschaltfedern (4) gespeicherten Energie oder eine Entriegelungsstellung mit anschließender Entspannung der Einschaltfedern (4) und Überführung der Hauptschaltwelle in die Einschaltstellung einnehmen kann.

6. Schaltgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltfeder (5) durch Drehung der dritten Antriebsscheibe (21) in der Verriegelungsstellung der Einschaltklinke (24) komprimiert werden kann, um nach Überwindung der Totpunktlage eine unabhängige Schalthandlung des Bedieners zur Überführung in die Erdungsstellung zu ermöglichen.

7. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel eine Schaltstange (13) umfassen, die an den Zapfen (12) sowie einen Betätigungshebel (14) angelenkt ist, welcher auf der Hauptschaltwelle (15) montiert ist.

8. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Steuerkurve (3) so ausgebildet ist, daß die Winkelverschiebungen der Steuerkurve (3) und der Hauptschaltwelle (15) in einem bestimmten kinematischen Verhältnis zueinander erfolgen.

9. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prinzip der Energieübertragung durch eine Steuerkurve (3) sowohl für Lastschalter als auch für Leistungsschalter nutzbar ist.