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Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung
für Umschalter und Unterbrecher und insbesondere einen kompakten Schaltmechanismus,
der mit hoher Geschwindigkeit mit großer Kraft in einem Leistungsschalter, ausgenommen
einem sicherungsfreien Unterbrecher und Mikroschaltern, betätigt wird. Durch die
Verwendung von Blattfedern aus gehärtetem Bandstahl wird die Federkraft der Blattfedern
äußerst wirksam ausgenutzt, um die mit einer bemerkenswert hohen Geschwindigkeit
ausgeführten Schaltvorgänge zu erleichtern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann
ausgehend von einem Gerät mit geringer Abschaltleistung bis zu einem Gerät mit extrem
großer Schaltleistung benutzt werden, wobei sichere Schaltvorgänge möglich sind.
Die Vorrichtung kann mit extrem schmaler Breite durch Verwendung der Blattfedern
hergestellt werden. Die Vorrichtung kann deshalb in einer
Trennwand
zwischen Polen installiert werden. Dadurch kann die Anzahl der Teile stark reduziert
werden, wodurch der Aufbau vereinfacht, der Raumbedarf verringert und die Herstellung
und Unterbrechung von Kontakten einfach und zwangsweise ausgeführt werden kann.
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Bei den herkömmlichen Schaltern und Unterbrechern wird eine Vielzahl
von Schaltverfahren verwendet, die vom Betrag der verwendeten Spannungen oder Größe
abhängen.
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Bei den Schaltmechanismen für herkömmliche Schalter und Unterbrecher
ist die Bewegung jedoch infolge der Verwendung von Spiral- bzw. Schraubenfedern,
wie Druckfedern oder Rückstellfedern, gering. Die herkömmlichen Schalter -und Unterbrecher
haben deshalb die Nachteile, daß ihre Schaltgeschwindigkeit ebenso wie ihre Abschaltleistung
begrenzt ist, daß Schäden an den Kontakten infolge fehlender Stabilität beim schnellen
Schalten der Kontakte auftreten können, daß der Aufbau infolge der Verwendung einer
Schraubenfeder kompliziert wird, daß nicht nur eine hochgradige Montagetechnik erforderlich
ist, sondern auch der Gesamtaufbau sperrig ist, was zu einer Vorrichtung mit großen
Abmessungen führt, und daß die Festlegung der Polzahl begrenzt ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin,
eine Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung zu schaffen, bei welcher Blattfedern
aus gehärtetem Bandstahl in dem Schaltmechanismus verwendet werden.
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-Die Lösungsmittel dieser Aufgabe sind im Kennzeichen des Patentanspruchs
1 zusammengefaßt und eingangs erläutert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß das Schalten
mit einer Geschwindigkeit ausgeführt werden kann, die um mehr als das Doppelte größer
ist als die Geschwindigkeit der herkömmlichen Vorrichtung, wobei die
Blattfedern
wirksam ausgenutzt werden. Gleichzeitig kann die Schaltgeschwindigkeit verglichen
mit der der herkömmlichen Vorrichtung merklich stabilisiert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung wird
ein mit Blattfedern verwendeter Hochgeschwindigkeits-Schaltmechanismus verwendet,
wobei es möglich ist, den Schaltmechanismus mit extrem schmaler Breite auszubilden,
so daß er in der die Pole trennenden Wand installiert werden kann, wodurch die Gesamtform
des Schaltmechanismus bemerkenswert klein ist und die Anzahl der Teile stark verringert
wird, so daß sich ein vereinfachter Aufbau ergibt und somit die Montagearbeiten
äußerst einfach werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung wird ein Kontatkmechanismus
vorgesehen, der die Verbindung und die Unterbrechung der Kontakte einfach und zwangsweise
ausführt.
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Schließlich kann die Schaltvorrichtung für die Herstellung und Unterbrechung
eines Kontaktes mit hoher Geschwindigkeit betätigt werden. Sie kann bei Geräten
mit geringer gbschaltkapazität und mit extrem großer Abschaltkapazität verwendet
werden, wobei dennoch ihre Stabilität bemerkenswert hoch ist.
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Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweipolschalter bzw. Umschalter.
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Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Schieber teilweise aufgeschnitten.
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Fig. 3 zeigt im Schnitt den Schieber in der öffnungsstellung.
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Fig. 4 zeigt im Schnitt den Uberführungszustand des Schiebers, begleitet
vom Schließvorgang.
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Fig. 5 zeigt im Schnitt den Schieber in der Schließstellung.
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Fig. 6 zeigt im Schnitt einen Kontaktmechanismus in der Offnungsstellung.
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Fig. 7 zeigt perspektivisch einen Schieber einer weiteren Ausführungsform
der Vorrichtung.
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Fig. 8 zeigt perspektivisch den Schieber von Fig. 7 Von der Rückseite.
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Fig. 9 zeigt im Schnitt den Schieber in der Offenstellung.
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Fig. 1o zeigt einen Arbeitszustand des Schiebers begleitet vom Schließvorgang.
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Tig. 11 zeigt im Schnitt den Schieber in der Schließstellung.
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Fig. 12 zeigt im Schnitt den Arbeitszustand des Schiebers begleitet
vom öffnungsvorgang.
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Der in Fig. 1 gezeigte Zweipolschalter 5 hat eine Trennwand 3 zum
Trennen der Polkammer 2 des Gehäuses 1, die in einer hohlen Kammer 4 ausgebildet
ist, deren Innenwand einen Hohlraum begrenzt. In der hohlen Kammer 4 der Trennwand
3 ist ein Schieber 5 installiert. Der Schieber 5 ist in der hohlen Kammer 4 durch
zwei Blattfedern 6, 6' aus
gehärtetem Bandstahl und durch einen
Hebel 7 gleitend verschiebbar, wodurch man einen Schaltmechanismus erhält.
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Weiterhin wird ein Kontaktmechanismus zur Herstellung einer Verbindung
und zu deren Unterbrechung durch die Gleitverschiebung des Schiebers 5 erzielt.
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Der Schieber 5 hat einen linken und einen rechten Seitenwandabschnitt
8 bzw. 8' und zwei Stirnseitenwandabschnitte 9, 9', wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Wände bilden einen flachen Kasten mit vertikal durchgehenden oberen und unteren
öffnungen. Der Schieber ist so gebaut, daß ein Paar von vorstehenden Elementen 10,
10' und 11, 11' zwischen dem linken und rechten Seitenwandabschnitt 8 bzw.
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8' auf der Höhe des Symmetriezentrums der einen und der anderen Stirnseite
der Innenseite vorgesehen sind. Die Paare von vorstehenden Elementen 1o und 10'
sowie 11 und 11' sind parallel in einem vorher festgelegten Abstand angeordnet.
Die beiden Blattfedern 6 und 6' sind jeweils zwischen dem Abstand zwischen den vorstehenden
Elementen 1o und lo' bzw. 11 und 11' angeordnet. Die beiden Enden der Blattfedern
6, 6' stehen über die öffnung auf der Oberseite und auf der Unterseite des Schiebers
5 als Verlängerungen vor, wobei an beiden Enden einstückig Kugeln 12 angeformt sind.
Links und rechts sind an symmetrischen Stellen der oberen Wand 13 und der Bodenwand
14 der hohlen Kammer an der Trennwand 3 konkave Löcher 15, 15' bzw. 16, 16' so ausgebildet,
daß die Kugeln an beiden Enden der Blattfedern 6, 6' eingeführt und angeordnet werden
können. Weiterhin sind in der oberen und unteren Wand gerade Löcher 17, 17' vorgesehen,
die einen Hebel*7 durchgehend laufen lassen.
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Die Blattfedern 6, 6' sind in Längsrichtung mit einer vorgegebenen
Krümmung bogenförmig gekrümmt. Die beiden Blattfedern 6, 6' sind in der gleichen
Richtung bogenförmig gekrümmt, um den Schieber 5 an einem Ende oder am
anderen
Ende der hohlen Kammer 4 mit einem vorher festgelegten Druck zu fixieren und zu
positionieren. In die konkaven Löcher 15, 15' und 16, 16' in der oberen Wand 13
und in der unteren Wand 14 der Trennwand 3 sind Druckfedern 18 eingesetzt, so daß
die Druckkraft der Blattfedern 6, 6' durch Einstellschrauben 19 einstellbar ist.
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Der Schieber 5 ist mit Eingriffselementen 20, 20' in einem vorgegebenen
Abstand links und rechts symmetrisch zum Mittelabschnitt der öffnung der Oberseite
vorgesehen, wie dies in Fig. 3 bis Fig. 5 gezeigt ist. Der Hebel 7 ist im Mittelteil
der Bodenwand 14 der Trennwand 3 am unteren Ende mittels eines Zapfens 30 angelenkt
und so ausgebildet, daß er durch den Innenraum des Schiebers 5 läuft und an den
Eingriffselementen 20, 20' der öffnung auf der Oberseite vorbeigeht. Der Hebel 7
steht nach oben aus dem geradverlaufenden Loch 17 vor, das in der oberen Wand 13
der hohlen Kammer 4 ausgebildet ist.
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Die Beziehung zwischen dem Schieber 5, den beiden Blattfedern 6, 6'
und dem Hebel 7 besteht, wie in den Figuren 3 und 5 gezeigt ist, darin, daß die
beiden Blattfedern 6, 6' in der gleichen Richtung bogenförmig gekrümmt sind und
der Schieber 5 an einer Stirnseite oder an der anderen Stirnseite der hohlen Kammer
4 durch die Druckkraft der beiden Blattfedern 6, 6' festgelegt und positioniert
wird. In diesem Zeitpunkt fällt der Hebel 7 zu der Seite, an der der Schieber 5
positioniert ist, und steht in Kontakt mit den Eingriffselementen 20, 20' der Seite,
die der Seite gegenüberliegt, zu der der Schieber 5 gefallen ist. Wenn der Schieber
7 in die senkrechte Stellung angehoben wird, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wird
er in eine Stellung verschoben, in welcher die Blattfedern 6, 6' etwas über Jedes
konkave Loch 15, 15' und 16, 16' durch die Eingriffselemente 20' etwas hinausgeht.
In dem Augenblick, in welchem die beiden Blattfedern 6, 6' über die
konkaven
dcher 15, 15' und 16, 16' hinausgehen, wird der Schieber 5 sofort in die Bewegungsrichtung
durch die Federkraft der Blattfedern 6, 6' verschoben. Die beiden Eingriffselemente
20, 20' sind in einem Abstand vorgesehen, der nahezu identisch zur Uberführungs-
bzw. Verschieberichtung des Schiebers 5 ist. Wenn der Schieber 5 durch die elastische
Kraft der Blattfedern 6, 6' verschoben wird, wird er in einer solchen Beziehung
positioniert, daß er vom Hebel 7 und dem Eingriffselement 20 oder 20' getrennt ist.
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Der Kontaktmechanismus ist so gebaut, daß ein beweglicher Schaft 21
zu den linken und rechten ölkammern 2 durch eine Führungsöffnung 22 vorsteht, die
in der Trennwand ausgebildet ist. Der bewegliche Schaft 21 bildet mit der linken
und rechten Seitenwand 8, 8' des Schiebers 5 ein Stück. An dem beweglichen Schaft
21 ist ein beweglicher Kontakt p installiert. Ein ortsfester Kontakt q sitzt an
der einen Stirnseite einer jeden Polkammer 2.
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Der bewegliche Kontakt p hat ein in Form geogenes bewegliches Kontaktelement
23, das an dem beweglichen Schaft 21 montiert und mittels einer Querstange 31 befestigt
ist.
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Der Kontakt hat eine sich nach vorn verjüngende Verlängerung und senkrecht
an der offenen Seite abgebogene Stufenabschnitte 24, 241. Eine Einstellfeder 25
für den Kontaktdruck in Form einer bogenförmig gekrümmten Blattfeder ist zwischen
den oberen und unteren Stufenabschnitten 24, 24' angeordnet. Der ortsfeste Kontakt
q hat ein unteres ortsfestes Kontaktelement 27, das an einer Klemme 26 befestigt
ist, und ein oberes ortsfestes Kontaktelement 27', das an einer Klemme 28 befestigt
ist. Die ortsfesten Elemente sind so gebogen, daß sie sich in einem Winkel öffnen,
der dem des beweglichen Kontaktelementes 23 entspricht. Zwischen dem oberen und
dem unteren ortsfesten Kontaktelement 27 und 27' ist ein ortsfester Schaft 29 angeordnet.
Wenn der bewegliche
Kontakt p mit dem ortsfesten Kontakt q verbunden
ist, wird die Einstellfeder 25 für den Kontaktdruck durch den ortsfesten Schaft
29 so eingedrückt, daß ein geeigneter Druck auf das bewegliche Kontaktelement 23
wirkt, damit es geöffnet wird. Der Schieber 5 befindet sich dabei am linken Ende
der hohlen Kammer 4. Die beiden Blattfedern 6 und 6 sind zwischen jedem Paar von
vorstehenden Elementen 10, lo' und 11, 11' angeordnet und ebenfalls nach links bogenförmig
gekrümmt.
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Der Hebel 7 wird nach links gekippt und kommt in Eingriff mit dem
Eingriffselement 20' an dem Schieber 5 auf der rechten Seite. Das Kontaktelement
23 des beweglichen Kontaktes p wird von den Kontaktelementen 27, 27' des ortsfesten
Kontaktes q getrennt. Wenn der Schließvorgang ausgeführt wird und der Hebel 7 nach
rechts gekippt wird, wird der Schieber 5 nach rechts mittels des Eingriffselementes
20' verschoben. Dementsprechend werden die Blattfedern 6, 6', die zwischen den jeweils
vorstehenden Elementen 1o, 1o' bzw. 11, 11' angeordnet sind, veranlaßt, die Druckfeder
18 durch die Kugeln 12 an beiden Enden nach oben zu drücken und die Form eines geraden
Längenstücks anzunehmen. Wenn die Blattfedern 6, 6' etwas die Stellung auf der geraden
Linie überschreiten, welche die vertikalen konkaven Löcher 15, 15' und 16, 16' verbindet,
werden die Blattfedern 6, 6' wieder in die Bogenform auf der rechten Seite durch
die anliegende Druckkraft der Druckfedern 18 zurückgeführt. Der Schieber 5 wird
sofort nach rechts verschoben und positioniert. Dabei tritt das Kontaktelement 23
des beweglichen Kontaktes p in die Kontaktelemente 27, 27' des ortsfesten Teils
q ein und kommen in Kontakt damit.
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Wenn das Kontakteil 23 des beweglichen Kontaktes p zwischen die Kontaktelemente
27, 27' des ortsfesten Kontaktes q eintritt, wird die Einstellfeder 25 für den Kontaktdruck
durch den ortsfesten Schaft 29 zusammengedrückt, so daß das bewegliche Kontaktelement
23 in einen innigen Kontakt mit den
ortsfesten Kontaktelementen
27, 27' gebracht wird. Wenn dann der öffnungsvorgang ausgeführt ist, wird der Hebel
7 nach links gekippt und der Schieber 5 wird zu der Stelle verschoben, in der sich
die beiden Blattfedern 6, 6' entgegen dem Widerstand der Druckfedern 18 geradeerstrecken,
wobei dieser geradlinige Zustand etwas überschritten wird.
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In dem Augenblick, in welchem die Blattfedern 6, 6' den geradlinigen
Zustand etwas überschreiten, wird der Schieber 5 sofort und durch die elastische
Kraft der Blattfedern 6, 6' und der Druckfedern 18 nach links verschoben. Das bewegliche
Kontaktelement 23 des beweglichen Kontaktes p wird dann sofort vor den Kontaktelementen
27, 27' des ortsfesten Kontaktes q getrennt. In diesem Augenblick wird die Einstellfeder
25 für den Kontaktdruck von dem ortsfesten Schaft 29 getrennt. Gleichzeitig geht
die öffnungskraft der Einstellfeder 25 des Kontaktdrucks verloren und der Kontaktdruck
des beweglichen Kontaktelementes 23 und der ortsfesten Kontaktelemente 27, 27' wird
abgeschwächt, was ein leichtes Trennen ergibt.
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Fig. 8 bis 13 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung,
bei welcher ein zweiter Schieber 36 in Form eines flachwinkligen Zylinders bzw.
einer flachen rechteckigen Platte, deren Form ähnlich der des Schiebers 5 ist, und
ein erster Schieber 37 in Form eines flachen Gehäuses in der hohlen Kammer 4 in
der Trennwand 3 zum Trennen der Pole des äußeren Gehäuses 1 als Satz so angeordnet
sind, daß sie wechselseitig in Kontakt bringbar sind. Der zweite Schieber 36 ist
so gebaut, daß ein Paar von vorstehenden Elementen 38, 38' seitlich in der Höhenposition
der Mitte an einem Ende der Innenseite des Flachgehäuseschiebers angeordnet ist.
Über eine vorgegebene Länge ist in Längsrichtung an der Höhenposition in der Mitte
des anderen Endes eine Aussparung 39 vorgesehen. An oberen und unteren Stellen,
die sich in Richtung der Seite erstrecken, wo die vorstehenden Elemente 38, 38'
ausgebildet sind, ausgehend vom
Mittelabschnitt der Wandfläche,
die mit demeersten Schieber 37 in Form einer flachen Platte in Kontakt steht, sind
Langlöcher 40, 40' ausgebildet. Der erste Schieber 37 ist mit einem Paar vorstehender
Elemente 41 an der Stelle des Endabschnittes versehen, die der Aussparung 39 in
dem ersten Schieber 36 entspricht. Die Vorsprünge stehen in den zweiten Schieber
36 durch die Aussparung 39 vor. An den Stellen, die den oberen und unteren Langlöchern
40, 40' des zweiten Schiebers 36 entsprechen 7 sind vorstehende Elemente 42, 42'
vorgesehen, die so in Eingriff stehen, daß sie nicht in die Innenseite des zweiten
Schiebers 36 von der Wandfläche vorstehen. Weiterhin sind zwei Eingriffselemente
43 und 43' als vorspringende Verlängerungen an der Offnungsfläche der Oberseite
des zweiten Schiebers 36 im Mittelabschnitt des oberen Randes vorgesehen. Die Blattfedern
6, 6' sind in konkaven Löchern 15, 15' angeordnet, die in linken und rechten ssuEmetrischen
Stellungen der oberen Wand 13 und der Bodenwand 14 der hohlen Kammer 4 ausgebildet
sind.
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Die Blattfedern 6, 6' werden mittels der Druckfedern 18 im Inneren
des zweiten Schiebers 36 in einen bogenförmig gekrümmten Zustand gebracht. Die Blattfedern
6, 6' sind zwischen zwei Paaren der vorstehenden Elemente 38, 38' und 41, 41' angeordnet,
die an jedem Endabschnitt des Schiebers 36 bzw.
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37 angeordnet und in Eingriff gebracht sind. An dem Mittelabschnitt
der Bodenwand 14 der hohlen Kammer 4 ist ein Hebel 7 am unteren Ende angelenkt und
steht nach oben durch zwei Eingriffselemente 20, 20' vor, die an der öffnungsfläche
der Oberseite des zweiten Schiebers 36 ausgebildet sind. Es wird nur der erste Schieber
37 in einem vorher festgelegten Bereich verschoben. Die Beziehung zwischen dem Satz
von Schiebern 36 und 37 und den beiden Blattfedern 6, 6' und dem Hebel 7 ist derart,
daß der aus den Schiebern 36 und 37 bestehende Satz näher zum linken EnF: der hohlen
Kammer 4 angeordnet sind. Die beiden Blattfedern 6, 6' sind bogenförmig zu der Seite
gekrümmt, an welcher sich die Schieber 36
und 37 befinden. Die
oberen und unteren vorstehenden Elemente 42, 42' stehen in Eingriff mit einer Position
am linken Ende der Langlöcher 40, 40'. Wenn der Hebel 7 in die gezeigte Pfeilrichtung
gekippt wird, wird nur der erste Schieber 37 verschoben. Die vorstehenden Elemente
41, 42, 42', die am ersten Schieber 37 vorstehen, greifen in einer Position auf
dem Ende auf der rechten Seite der Aussparung 39 und in den Langlöchern 40 und 40'
des zweiten Schiebers 36 ein.
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Gleichzeitig gelangt die Blattfeder 6, die in die vorstehenden Elemente
41, 41' des ersten Schiebers 37 eingesetzt ist, in den geraden Zustand und wird
in eine Stellung verschoben, in welcher sie etwas den Zustand einer geraden Linie
überschreitet. In diesem Stadium wird die Blattfeder 6 mit dem ersten Schieber 37
umgehend so verschoben, daß der erste Schieber 37 elastisch durch die Federkraft
der Blattfeder 6 bewegt wird. Die vorstehenden Elemente 41, 41' und 42, 42' verschieben
den zweiten Schieber 46. Die Blattfeder 6' des zweiten Schiebers 36 erstreckt sich
dabei in einen geradlinigen Zustand. Wenn dieser geradlinige Zustand etwas überschritten
wird, wird der zweite Schieber 36 sofort elastisch zum anderen Ende durch die elastische
Kraft verschoben, wobei insgesamt die Kontakte hergestellt werden. Im Falle des
Offnungsvorgangs, wie er in Fig. 13 gezeigt ist, wird der Hebel 7 nach links gekippt,
wobei nur der erste Schieber 37 verschoben wird. Die vorstehenden Elemente 42, 42'
werden zum linken Ende der Langlöcher 40, 40' verschoben und in Eingriff gebracht.
Die vorstehenden Elemente 41, 41' werden nach außen aus der Aussparung 39 verschoben.
Die Blattfeder 6 nimmt den geraden Zustand ein und wird in eine Stellung verschoben,
in der sie etwas den geraden Zustand überschreitet. Die Blattfeder 6 wird sofort
elastisch. Der Schieber 37 wird dann sofort elastisch verschoben. Gleichzeitig wird
der zweite Schieber 36 zu den vorstehenden Elementen 42, 42' verschoben. Die Blattfeder
6' längt sich. Der bewegliche Kontakt p wird elastisch getrennt,
wenn
die Blattfeder den geradlinigen Zustand überschreitet.
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Die beiden Schieber 36 und 37 sind so gebaut, daß sie durch Betätigung
mit der Verschiebungsdifferenz gekoppelt sind, wodurch Hochgeschwindigkeitsschaltvorgänge
ausgeführt werden können. Der erste Schieber 37 ist so ausgebildet, daß der bewegliche
Schaft eingeführt werden kann, der an dem zweiten Schieber 36 befestigt ist, wodurch
ein Führungslangloch 44 ausgebildet wird.
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L e e r s e i t e