Verklinkung für einen Schnellschalter

Abstract

 Diese Verklinkung für einen Schnellschalter weist eine in einer beweglichen Kontaktbrücke (4) drehbar auf einer Achse (13) gelagerte Rolle (14) auf. Auf diese Rolle (14) wirkt in Einschaltrichtung eine Klinkenstange (15) ein, deren der Rolle (14) zugewandte Stirnseite als Kulisse (16) ausgebildet ist. In Ausschaltrichtung wirkt auf die Kontaktbrücke (4) die Kraft einer Ausschaltfeder (22) ein.
Es soll eine Verklinkung für die eingeschaltete Kontaktbrücke (4) geschaffen werden, die sehr rasch aufgehoben werden kann, so dass grosse Kurzschlussströme besonders schnell unterbrochen werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kulisse (16) so ausgebildet ist, dass im eingeschalteten Zustand der Kontaktbrücke (4) die Rolle (14) beaufschlagende Reibungs­kräfte kompensiert sind.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Verklinkung für einen Schnell­schaltermit einer in einer beweglichen Kontaktbrücke drehbar auf einer Achse gelagerten Rolle. Auf diese Rolle wirkt in Einschaltrichtung eine drehbar gelagerte Klinkenstange ein, deren der Rolle zugewandte Stirnseite als zumindest teilweise der Rollenkontur angepasste Kulisse ausgebildet ist. Die Kon­taktbrücke wird in Ausschaltrichtung durch eine Kraft beauf­schlagt. Auf die Klinkenstange wirkt ein Auslöser ein.

STAND DER TECHNIK

[0002] Es ist eine Verklinkung für einen Schnellschalter bekannt mit einer in einer beweglichen Kontaktbrücke drehbar auf einer Achse gelagerten Rolle. Beim Einschalten wirkt eine durch einen Magnet betätigte Klinkenstange auf die Rolle ein, drückt die Kontaktbrücke gegen einen festen Kontakt und schliesst so den Stromkreis durch den Schnellschalter. Die nötige Kontakt­kraft wird ebenfalls von dem Magnet über die Klinkenstange auf die Rolle übertragen. Bei einer normalen Ausschaltung des Schnellschalters wird der Magnet entregt und eine eben­falls auf die Rolle einwirkende, vorgespannte Ausschaltfeder zieht die Kontaktbrücke in Ausschaltstellung. Der dabei auf­tretende Lichtgoben wird auf bekannte Art gelöscht. Fliesst jedoch ein Kurzschlussstrom durch den Schnellschalter, so dauert diese normale Ausschaltung zu lange und ein durch den Kurzschlusstrom direkt betätigter Auslöser wird angeregt. Dieser Auslöser wirkt auf die Klinkenstange ein und sorgt dafür, dass die Verklinkung zwischen Rolle und Klinkenstange gelöst wird. Die auf die Rolle wirkende Ausschaltfeder wird dann sofort wirksam und die Kontaktbrücke wird rasch in Aus­schaltrichtung gezogen.

[0003] Der auf die Klinkenstange einwirkende Auslöser, beispielsweise ein Auslösemagnet, muss kräftig dimensioniert sein, um die Klinkenstange sicher relativ zur Rolle bewegen zu können, da grosse Gegenkräfte zu überwinden sind. Wird der Auslöser etwas schwächer ausgelegt, so wird dadurch die Ausschaltzeit auf unzulässige Werte erhöht.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0004] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Verklinkung für eine eingeschaltete Kontaktbrücke eines Schnellschalters zu schaffen, die sehr rasch aufgehoben werden kann, so dass hohe Ausschaltströme insbesondere Kurzschluss­ströme besonders schnell unterbrochen werden können.

[0005] Der durch die Erfindung erreichte Vorteil ist im wesentlichen darin zu sehen, dass unmittelbar nach dem Aufheben der Ver­klinkung eine Komponente der immer noch auf die Rolle in Ein­schaltrichtung einwirkenden Kraft die Bewegung der Klinkenstange zusätzlich beschleunigt und damit eine noch schnellere Ausschalt­bewegung der Kontaktbrücke ermöglicht.

[0006] Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

[0007] Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnungen, welche lediglich einen Ausführungsweg darstellen, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0008] Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Kontaktsystems eines Schnell­schalters,

Fig. 2 eine Detailskizze der erfindungsgemässen Verklinkung, und

Fig. 3 eine Darstellung der in der Verklinkung nach Fig. 2 wirksamen Kräfte.

[0009] Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0010] In der Fig. 1 ist ein Kontaktsystem eines Schnellschalters stark vereinfacht dargestellt. An einer Stromschiene 1 ist ein Festkontakt 2 befestigt. Im eingeschalteten Zustand wird auf den Festkontakt 2 ein bewegliches Kontaktstück 3 gepresst, welches mit einem Ende einer beweglichen Kontaktbrücke 4 ver­bunden ist. Die bewegliche Kontaktbrücke 4 ist mit ihrem anderen Ende drehbar in einem für die Stromführung geeigneten Abwälz­lager 5 gelagert. Dieses Abwälzlager 5 ist in eine Stromschiene 6 eingelassen. Die bisher beschriebenen Bauelemente 1 bis 6 bilden die Hauptstrombahn des Schnellschalters. Während des Ausschaltvorganges, wenn ein zwischen dem Festkontakt 2 und dem Kontaktstück 3 brennender Lichtbogen in bekannter Weise auf Funkenkörner 8 und 9 kommutiert, wird kurzzeitig eine Nebenstrombahn 10 mit Strom beaufschlagt. Die Kontaktbrücke 4 wird dann nicht mehr mit Strom beaufschlagt und läuft ohne weitere elektrische Belastung in ihre Ausschaltstellung. Sobald der Lichtbogen, der in bekannter Weise von den Funkenkörnern 8, 9 auf eine Vielzahl nicht dargestellter Löschbleche über­springt, erlischt, ist die Stromführung durch den Schnell­schalter definitiv unterbrochen. Zwischen dem Festkontakt 2 und dem Kontaktstück 3 steht dann die wiederkehrende Spannung an.

[0011] Die Kontaktbrücke 4 weist einen in Richtung ihrer Längsachse erstreckten Durchbruch 12 auf. Seitenwände dieses Durchbruchs 12 tragen eine Achse 13 auf welcher eine zylindrisch ausgebil­dte Rolle 14 drehbar gelagert ist. Die Achse 13 und die Rolle 14 weisen eine gemeinsame Mittelachse auf, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kontaktbrücke 4 verläuft. Im einge­schalteten Zustand der Kontaktbrücke 4 ruht die Rolle 14 auf einer Klinkenstange 15, deren der Rolle 14 zugewandte Stirnseite als zumindest teilweise der Rollenkontur angepasste Kulisse 16 ausgebildet ist. Das der Rolle abgewandte Ende der Klinken­stange 15 ist drehbar in einem Isolierteil 17 gelagert. Ein Verbindungsstück 18 verbindet das Isolierteil 17 mit einer nicht dargestellten, prinzipiell bekannten Ein- und Ausschalt­vorrichtung. Eine Feder 19, die sich auf einen Support 20 aus Isoliermaterial abstützt, drückt die Klinkenstange 15 nach oben gegen die Rolle 14. Die Ein- und Ausschaltvorrichtung wirkt über die Klinkenstange 15 auf die Rolle 14 und damit auf die Kontaktbrücke 4 ein. Im eingeschalteten Zustand bringt sie auch die Kontaktkraft zwischen dem Festkontakt 2 und dem Kontaktstück 3 auf, etwaiger Kontaktabbrand wird dabei automa­tisch ausgeglichen.

[0012] Die Kräfte welche in Einschaltrichtung auf die Kontaktbrücke 4 wirken, werden durch die Ein- und Ausschaltvorrichtung aufge­bracht. Für eine normale, betriebsbedingte Ausschaltung, wird die Kraft in Einschaltrichtung aufgehoben und eine Ausschalt­feder 22, welche direkt auf die Kontaktbrücke 4 einwirkt, zieht dieselbe in deren Ausschaltstellung. Die Ausschaltfeder 22 ist mindestens einseitig isoliert aufgehängt, um Streuströme durch die Ausschaltfeder zu vermeiden. Wenn sehr grosse Ströme, beispielsweise Kurzschlussströme, abzuschalten sind, so muss der Abschaltvorgang beschleunigt werden. Ein zusätzlicher Auslöser 25, beispielsweise ein Magnet, der durch den hohen Strom dirket angeregt wird, wirkt mittels einer Klinke 26 auf das Ende 27 der Klinkenstange 15, welches durch den Durch­bruch 12 ragt, ein. Dabei wird die Klinkenstange 15 nach unten gedrückt und die Rolle 14 rollt entlang der Kulisse 16 in Ausschaltrichtung. Die Verklinkung zwischen Rolle 14 und Klinken­stange 15 wird auf diese Weise sehr schnell gelöst.

[0013] Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Verklinkung sei zu­nächst die Fig. 2 näher betrachtet. Die als Kulisse 16 ausge­bildete Stirnseite der Klinkenstange 15 ist teilweise der Rollenkontur angepasst. Ab einem Punkt A geht der der Rollen­kontur angepasste Teil der Kulisse 16 in einen tangential zur Rolle 14 verlaufenden Abschnitt über. Die Kulisse 16 ist so ausgebildet, dass im eingeschalteten Zustand der Kontakt­brücke 4 die Rolle 14 beaufschlagende Reibungskräfte kompensiert sind. Der tangential zur Rolle 14 verlaufende Abschnitt der Kulisse 16 ist gegenüber der Einschaltrichtung um einen Winkel 90°-α geneigt. Die Einschaltrichtung wird durch einen Pfeil 28 angedeutet. Der Winkel α selbst ist als Winkel zwischen der Einschaltrichtung und der Verbindungslinie 29, die den Punkt A mit dem Mittelpunkt Z der Achse 13 verbindet, definiert. Der gleiche Winkel α tritt auch auf als Winkel zwischen dem tan­gential zur Rolle 14 verlaufenden Abschnitt der Kulisse 16 und einer senkrecht zur Einschaltrichtung der Klinkenstange 15 verlaufenden Linie. Der tangential zur Rolle 14 verlaufende Abschnitt der Kulisse 16 muss nicht bis zur Oberkante der Klinkenstange 15 gerade verlaufen, er kann auch, wie durch eine gestrichelte Linie 30 angedeutet, etwas abgerundet werden, um das Ablaufen der Rolle 14 zu erleichtern.

[0014] Aus Fig. 3 sind die wesentlichen Kräfte ersichtlich, die im Punkt A zwischen Rolle 14 und Klinkenstange 15 wirksam sind. Eine Kraft P₁ wirkt in Einschaltrichtung, sie wird durch die Ein- und Ausschaltvorrichtung aufgebracht. Diese Kraft P₁ kann in bekannter Weise in ihre Komponenten P₂ und P₃ zerlegt werden. Die Komponente P₂ wirkt in Richtung auf den Mittel­punkt Z der Achse 13 und die Komponente P₃, die durch die Beziehung P₃ = P₁ · sinα dargestellt werden kann, senkrecht zur Komponente P₂. Die Komponente P₃ kann parallel verschoben werden, bis ihre Wirkungsrichtung mit der Richtung des tangen­tial verlaufenden Abschnitts der Kulisse 16 zusammenfällt. Sie wirkt dann von oben her auf den Punkt A ein. Dieser Kraft­komponente P₃ wirkt eine genau gleich grosse Kraft P₄ auf der gleichen Achse entgegen. Diese Kraft P₄ ist die Summe der Reibungskräfte, die in dem System Achse 13, Rolle 14 und Kulisse 16 auftreten.

[0015] Dabei ist die Reibungskraft P₄₁, die zwischen Rolle 14 und Kulisse 16 auftritt durch die Beziehung P₄₁ = P₁ · cosα · C₆ bestimmt, wobei C₆ der Reibungskoeffizient zwischen Rolle 14 und Kulisse 16 ist. Die Reibungskraft zwischen Achse 13 und Rolle 14 wird im Verhältnis des Radius R₁ der Achse 13 zum Radius R₂ der Rolle 14 verkleinert. Im Punkt A wirkt von dieser letzteren Reibungskraft die Komponente

Die Kraft P₄ ist durch die Beiehung P₄ = P₄₁ + P₄₂ bestimmt.

[0016] Werden die Komponente P₃ und die Kraft P₄ einander gleichgesetzt, so ergibt sich daraus für die Bemessung des Winkels α folgende Gleichung:

Die Rolle 14 kann eine äussere Lauffläche aufweisen, in die eine rillenförmige Ausnehmung eingelassen ist. Diese Ausnehmung dient als Führung für die Stirnseite der Klinkenstange 15. Ein seitliches Abrutschen der Klinkenstange 15 von der Rolle 14 wird dadurch vermieden. Ebenso wird dadurch ein Verkanten der beiden Teile vermieden. Ferner ist es möglich die Stirnseite der Klinkenstange 15 der Form der Ausnehmung der Rolle 14 anzugleichen, um eine noch bessere Führung zu erhalten.

Ansprüche

1. Verlinkung für einen Schnellschalter, mit einer in einer beweglichen Kontaktbrücke (4) drehbar auf einer Achse (13) gelagerten Rolle (14), mit einer in Einschaltrichtung auf die Rolle (14) einwirkenden, drehbar gelagerten Klinken­stange (15), deren der Rolle (14) zugewandte Stirnseite als zumindest teilweise der Rollenkontur angepasste Kulisse (16) ausgebildet ist, mit einer die Kontaktbrücke (4) in Ausschaltrichtung beaufschlagenden Kraft, mit einem auf die Klinkenstange (15) einwirkenden Auslöser (25), dadurch gekennzeichnet,
- dass die Kulisse (16) so ausgebildet ist, dass im einge­schalteten Zustand der Kontaktbrücke (4) die Rolle (14) beaufschlagende Reibungskräfte kompensiert sind.

2. Verklinkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass der der Rollenkontur angepasste Teil der Kulisse (16) in einem tangential zur Rolle (14) verlaufenden Abschnitt übergeht, und
- dass der tangential zur Rolle verlaufende Abschnitt der Kulisse (16) gegenüber der Einschaltrichtung um einen Winkel (90°-α) geneigt ist, wobei der Winkel (α) wie folgt bemessen ist:

dabei ist C₅ der Reibungskoeffizient zwischen Achse (13) und Rolle (14), C₆ der Reibungskoeffizient zwischen Rolle (14) und Kulisse (16), R₁ der Radius der Achse (13) und R₂ der Radius der Rolle (14).

3. Verklinkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Lauffläche der Rolle (14) eine als Führung für die Stirnseite der Klinkenstange (15) dienende Ausnehmung aufweist.

4. Verklinkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Stirnseite der Klinkenstange (15) der Form der Ausnehmung angeglichen ist.

Zeichnung