가요성 축에 의해 구동되는 스위칭 요소를 갖는 스위칭 디바이스

가요성 축에 의해 구동되는 스위칭 요소를 갖는 스위칭 디바이스{SWITCHING DEVICE WITH A SWITCHING ELEMENT DRIVEN VIA A FLEXIBLE SHAFT}

본 발명은, 전기 접점을 개폐하기 위한 가동 스위칭 요소 (가요성 축을 통해 구동될 수 있음) 를 갖는 스위칭 디바이스, 및 그러한 스위칭 디바이스를 갖는 개폐장치 조립체에 관한 것이다.

전형적인 중전압 또는 고전압 개폐장치 조립체는, 개폐장치 조립체의 작동 동안 전기 위상 (electrical phase) 의 2 개의 스위치 극들 (switch poles) 사이의 전기 연결을 개방하기 위한 적어도 하나의 회로 차단기, 및 하나의 전기 위상마다 적어도 하나의 스위칭 디바이스를 통상적으로 포함한다. 스위칭 디바이스라는 용어는 이하에서, 통상적으로 개폐장치 조립체의 공칭 (nominal) 작동 동안 이외에, 스위칭 디바이스의 전기 위상의 2 개의 스위치 극들 사이에서 제 1 위치로부터 다른 제 2 위치로의 스위칭 요소의 이동에 의해 전기 연결의 개방이 행해지는 접지 스위치들, 스위치 단로기들, 또는 조합된 단로기와 접지 스위치들을 의미하는 것으로 이해된다.

그러한 많은 스위칭 디바이스의 경우에, 가동 스위칭 요소를 이동시키는데 필요한 구동 장치가 스위치 하우징에 배치되거나 또는 심지어 스위치 하우징에 통합된다. 결과적으로, 전형적인 개폐장치 조립체에서, 스위칭 디바이스들은 때때로 서로 멀리 이격되어 국부적으로 먼저 배치되고, 다음으로 3차원적으로 서로에 대해 따로 정렬된다.

예컨대, IEC 표준 62271-102:2003 과 같은 관련 규정들의 준수와 같은 다양한 요구들 외에도, 예컨대 스위칭 디바이스의 스위칭 위치가 스위칭 위치 표시에 의해 언제라도 조작자에게 시각적으로 표시될 것을 요구하는 소비자 요구가 또한 충족될 필요가 있다. 이는, 예컨대 가스-절연 개폐장치 조립체들의 경우에 종종 그러한데, 복수의 스위칭 위치들이 조작자에 의해 시각적으로 모니터링되어야 할 필요가 있을 때, 특히 넓은 공간을 필요로 하는 개폐장치 조립체들의 경우에는, 특히 복잡한 모니터링 절차를 야기한다. 미리 결정된 스위칭 요소 위치에 대응하는 입력 구동축 위치가 사용자에게 인접한 디스플레이에 전자식으로 전달되는 전자 스위칭 위치 표시를 통해, 이러한 문제가 해결되는 조립체가 공지되어 있다. 불행하게도, 이러한 두 번째 해법은 스위칭 요소와 스위칭 요소 표시 사이의 비간섭식 기계적 연결 (chain) 에 대한 소비자 요구를 충족시키지는 못한다. 더욱이, 고장의 경우, 예컨대 2 차 전류 시스템의 고장의 경우, 조작자는 더 이상 스위칭 상태, 즉 스위칭 극들에 대한 스위치들의 가동 스위칭 요소들의 스위칭 위치에 대한 어떠한 정보도 제공받지 못한다. 전기 디바이스들의 스위칭 위치의 표시가 안전 관련 기준을 나타내기 때문에, 이는 전형적으로 개폐장치 조립체의 조작자에 의해 용인되지 않는다.

상황을 개선하는 가능한 하나의 방식은 가요성 축을 통해 실제 스위치로부터 먼 장소로부터 이동되는 스위칭 요소로 구성된다.

US5466902-A 에는, 스위칭 디바이스의 가동 스위칭 요소가 가요성 축을 통해 스위칭 레버에 고정 연결되고, 그 결과 스위칭 디바이스로부터 먼 위치의 작동 영역으로부터 스위칭 레버에 의해 스위칭 요소가 작동될 수 있는 스위칭 장치가 개시되어 있다. 스위칭 레버는 가요성 축의 회전가능 입력 부분에 고정 연결되고, 스위칭 요소는 하나의 회전가능 출력 부분의 출력 구동측에 고정 연결되며, 그 결과, 가동 스위칭 요소는 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동될 수 있다.

가요성 축의 하나의 이점은, 구조적으로 간단한 방식으로, 입력 부분과 출력 부분 사이의 질량 (mass) 공차와 위치 공차를 극복할 수 있게 하고, 입력 부분과 출력 부분의 상이한 배향성 (orientability) 또는 정렬성 (alignability) 덕분에, 상당한 설계의 자유에 기여한다는 것이다.

그렇지만, 스위칭 요소가 제 1 위치를 떠나는 때, 예컨대, 단지 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서만 스위칭 요소가 이동되는 때보다 스위칭 레버 상에 더 큰 힘의 사용이 요구될 때, 가요성 축의 하나의 단점이 드러난다. 이러한 더 큰 힘의 사용은 접점 요소들의 부착 효과에 기인하고, 접점 요소는 바람직하게는 공칭 접촉 전이 (nominal contact transition) 의 가동 부분에 배치된다. 힘의 사용이 증가함에 따라, 출력 부분에서의 가요성 축의 제 1 회전각 및 동시에 입력 부분에서의 제 2 회전각에 의해 생성될 수 있는 회전각이 증가하게 된다. 이제 토크가 스위칭 레버에 도입되면, 가요성 축의 비틀림 강도에 따라, 스위칭 요소의 제 1 위치를 떠날 때, 전기의 관점에서는, 스위칭 요소가 여전히 제 1 위치에 있는 반면, 스위칭 레버가 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 스위칭 요소의 스위칭 위치에 해당하는 위치에 이미 있을 수 있다. 스위칭 디바이스의 조작자가 단지 안전상의 이유로 스위칭 요소가 특정 전기 위치에 여전히 위치하는지의 여부를 항상 알 필요가 있으므로, 완전히 용인될 수 없지 않다면, 그러한 상태는 바람직하지 않다.

스위칭 디바이스의 실시형태에 따라, 그러한 스위칭 디바이스의 가동 스위칭 요소에 요구되는 구동 토크는 예컨대 대략 10 Nm 이다. 가요성 축의 실시형태에 따라, 입력 부분에서 수 뉴턴 미터의 토크를 받는 동안 입력 부분과 출력 부분 사이의 회전각 시프트 (shift) 는, 대략 2 미터의 가요성 축의 길이에서, 급격하게 30°(도) 초과, 예컨대 60°이상으로 될 수 있다. 가요성 축의 길이가 증가함에 따라, 회전각 시프트가 증가한다. 이는 지금 스위칭 요소가 희망하는 스위칭 상태에 이미 있는지의 여부 또는 이전 스위칭 상태 동안 여전히 하나의 스위칭 위치에 있는지의 여부에 대한 불확실성에 연관된다. 이러한 확실성의 부족은 기술적으로 그리고 안전 측면에서 용인될 수 없다.

그러므로, 본 발명의 일 목적은, 예컨대 제 1 위치를 떠나는 가요성 축을 통해 구동되는 스위칭 요소가 전기적으로 여전히 제 1 스위칭 상태에 있는지의 여부 또는 스위칭 요소가 이미 제 1 위치를 떠나서 다른 스위칭 위치가 우세한지의 여부를 사용자에게 더 신뢰가능하게 표시하는 스위칭 디바이스를 제안하는 것이다.

스위칭 디바이스라는 용어는 이하에서, 가스-절연 회로 단락기들, 발전기 스위치들 등과 같은 회로 단락기들을 의미하는 것이 아니라 비교적 낮은 구동력 (drive power) 을 필요로 하는 스위치들을 의미하는 것으로 이해될 것이다.

스위칭 디바이스의 기본적인 실시형태에서, 상기 스위칭 디바이스는 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동될 수 있는 스위칭 요소를 갖는다. 그리고, 스위칭 디바이스는 회전 운동을 발생시키기 위한 구동 유닛 및 회전 운동을 스위칭 요소에 전달하기 위한 가요성 축을 포함한다. 가요성 축은 제 1 길이를 갖고 회전 운동을 실행할 수 있도록 장착된다. 가요성 축은, 입력 구동측에 회전가능 입력 부분을 갖고, 출력 구동측에 회전가능 출력 부분을 가지며, 입력 부분은 구동력을 생성하는 구동 유닛에 연결된다. 가요성 축이 이동 중일때, 스위칭 요소가 제 1 위치와, 제 1 위치와는 다른 제 2 위치 사이에 위치될 때, 입력 부분에서의 제 2 회전각보다 더 작은 제 1 회전각이 출력 부분에서 형성될 수 있다. 이들 2 개의 회전각들 사이의 차이가 제 1 회전각 시프트의 기초이다. 가요성 축의 이동중, 스위칭 요소가 제 1 위치에 도달될 때, 제 3 회전각이 출력 부분에서 형성될 수 있다. 동시에, 제 3 회전각은 입력 부분에서의 제 2 회전각보다 더 작고, 그 결과, 제 1 회전각 시프트보다 더 큰 제 2 회전각 시프트가 형성될 수 있다. 입력 부분은 기계적 제 1 중간 기어를 통해 (바람직하게는 유사 기계적인) 스위칭 위치 검출 요소에 연결된다. 제 1 중간 기어는 제 1 영역을 갖는 제어 수단을 갖고, 제 1 영역은 스위칭 요소의 제 1 위치에 해당하거나 그에 관련된다. 이 제 1 영역은 제 1 회전각 시프트 및 제 2 회전각 시프트가 스위칭 위치 검출 요소의 동일한 표시를 야기하도록 스위칭 위치 검출 요소에 결합된다. 이 경우, 스위칭 요소 검출 요소의 동일한 표시는 스위칭 상태, 예컨대 "단로기 폐쇄" 또는 "단로기 완전 개방" 에 해당한다.

스위칭 디바이스의 스위칭 상태에 대한 정보는 예컨대 추가의 스위칭 디바이스가 특정 스위칭 작동을 실행할 수 있는 것을 방지하는 스위칭 로직을 위한 입력으로서 종종 사용되기 때문에, 스위칭 상태의 순전히 기계적인 판독의 경우와 전기적인 판독의 경우 모두에 있어서 동일한 표시가 중요하다. 즉, 스위칭 디바이스의 스위칭 상태를 아는 것은, 개폐장치 조립체의 무고장 (fault-free) 작동을 위해 중요할 뿐만 아니라, 예컨대 검사 또는 보수 목적으로 의도된 개폐장치 조립체 부품이 안전하게 그리고 절대적으로 믿을 수 있게 무전류 (current-free) 방식으로 전환될 수 있을 때에도 중요하다.

용어 "제 1 위치" 또는 "제 2 위치" 는, 이하에서 가동 스위칭 요소가 가질 수 있는 기계적 위치 또는 기하학적 장소를 의미하는 것으로 이해될 것이다.

용어 "스위칭 위치"는, 이하에서 단지 전기적 스위칭 위치, 즉 전기적 스위칭 상태로서 이해될 것이다. 단로기로서 스위칭 디바이스의 기본적인 실시형태에서, 상기 스위칭 디바이스는 2 개의 규정된 스위칭 상태들, 즉 "단로기 폐쇄" 또는 "단로기 완전 개방" 을 갖고, 스위칭 극에 대한 스위칭 요소의 위치는 다음과 같을 수 있다:

·(단부 위치에서) 완전 개방

·(다른 단부 위치에서) 완전 폐쇄

·이들 두 단부 위치 사이의 임의의 곳

그러한 스위칭 디바이스는 예컨대 단로기 또는 접지 스위칭 (어싱 (earthing) 스위치) 으로서 사용될 수 있다.

만약 스위칭 디바이스가 하나의 기본적인 실시형태가 아니라 예컨대, 조합된 단로기와 접지 스위치의 경우처럼 복수의 전기적 스위칭 위치를 포함한다면, 다음과 같은 스위칭 상태가 가능하다:

● (제 1 단부 위치에서) 완전 개방

● 미리 규정된 중간 위치에 있음

● (제 2 단부 위치에서) 완전 폐쇄

● 제 1 단부 위치와 중간 위치 사이의 임의의 위치

● 제 2 단부 위치와 중간 위치 사이의 임의의 위치

스위칭 디바이스의 상기 모든 실시형태들에서는, 전기적 스위칭 위치, 즉 전기적 스위칭 상태 및 그에 따른 표시를 변경하지 않고 스위칭 요소가 어떠한 한계 내에서 이동될 수 있는 공통의 특징을 가진다. 다시 말해, 가동 스위칭 요소가 정합 접점, 예를 들어 고정 접점에 부딪히자마자, 스위칭 디바이스는 전기적으로 폐쇄 위치에 위치된다. 하지만, 상기 경우에서의 스위칭 요소의 실제 위치는 여전히 상기 스위칭 위치에서 스위칭 요소의 단부 위치에 대응하는데, 이는 스위칭 요소가 나중에 동일한 방향으로 더 이동될 때에만 상기 스위칭 위치에 도달되기 때문이다. 한편, 예를 들어 선형의 가동 핀 접점 형태의 스위칭 요소는 핀 접점과 정합 접점 사이에서 접점 요소들을 함께 가압한다. 접점 요소들을 함께 가압하기 위해서, 삽입 프로세스 동안, 접점 요소들 (예를 들어, 적층된 접점) 에 의해 발생된 반력을 극복하도록 소정의 힘이 인가될 필요가 있지만, 이는 전기적 스위칭 상태에는 영향을 주지 않는다.

요약하면, 동일한 전기적 스위칭 상태의 가동 스위칭 요소는, 실제로, 예를 들어 제 1 전기 접점 형성 위치와 제 1 예비 (provided) 단부 위치에 도달되는 지점 사이에, 복수의 가능한 기계적 위치들을 가진다.

관형의 정합 접점으로부터 핀 접점이 인출될 때 그에 대응하여 동일하게 적용되고, 상기 접점 요소는 핀 접점에 "부착 효과" 를 가한다.

제 1 중간 기어 덕분에, 회전각 시프트의 영향, 예를 들어, 종류는 동일하지만 길이가 상이한 가요성 축들로 인해 발생되는 상이한 회전각 시프트들 간의 편차, 및 보조 접점들의 제조 관련 공차들을 수용할 수 있고, 그럼으로써, 전기적 스위칭 표시 위치 표현들의 편차 및 그로 인한 실제 전기적 스위칭 상태의 부정확한 표시가 발생하지 않는다.

기계식 제 1 중간 기어는, 구동 유닛 및 스위칭 디바이스가 어떠한 전자식 구성요소들 (그렇지 않으면 대개 일반적으로 사용되는 것) 을 포함하지 않아야 하는 요건을 충족한다. 대신에, 일반적으로 제 1 중간 기어 및 특히 그의 제어 수단은, 기계적으로 "연성" 이 되도록 구성되고, 즉 비틀림 스프링으로서 작용하는 가요성 축으로 인해, 대부분 실제 스위칭 상태의 이미지는, 스위칭 요소의 경우에, 상기 프로세스에 필요한 가요성 축의 토크 시프트에 대하여 보상을 위한 어떠한 조정없이, 가요성 축의 출력 구동측에 시뮬레이팅된다.

더욱이, 기계식 제 1 중간 기어는, 스위칭 요소와 스위칭 위치 검출 요소 사이에 기계식 연결부가 항상 제공됨으로써, IEC 62271-102:203 의 요건들을 충족한다. 요건들에 따라서, 상기 스위칭 위치 검출 요소는 1 개 이상의 부분들로 될 수 있고, 또한 1 개 이상의 보조 접점들을 트리거하는데 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 스위칭 요소와 보조 접점 사이에서 비간섭식의 전자기적 운동 연결 (chain) 이 이루어질 수 있다. 이러한 경우에, 표시는, 필요에 따라, 이러한 부분을 위한 스위칭 위치 검출 요소가 1 개 이상의 보조 접점들을 직접 또는 추가의 보조 기어를 통하여 구동시킬 때 보조 접점들을 통하여 전기적으로 판독되거나 판정될 수 있다.

스위칭 디바이스의 실시형태에 따라서, 가동 스위칭 요소는, 예를 들어 회전가능한 접점 피스 또는 후퇴가능한 접점 피스이고, 또한 스위칭 핀이라고도 한다.

개량된 실시형태에 있어서, 스위칭 디바이스는, 이 스위칭 디바이스의 제어 수단이 스위칭 요소의 제 2 위치에 대응하는 제 2 영역을 더 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 제 2 영역은, 상기 경우에, 제 1 회전각 시프트 및 제 2 회전각 시프트가 다른 스위칭 위치의 추가 표시를 유발하지만, 그럼에도 불구하고 제 2 스위칭 위치가 제 2 스위칭 상태를 위한 스위칭 위치 검출 요소의 각각의 동일한 표시를 유발하도록, 스위칭 위치 검출 요소에 결합된다.

유사하게, 이는 2 개보다 많은 스위칭 상태들을 가지는, 예를 들어 3 개의 규정된 스위치 상태들을 가진 조합된 단로기와 접지 스위치들을 가지는 스위칭 디바이스들에 대응하여 적용된다.

제어 수단의 제 1 및/또는 제 2 영역(들)이 커지면, 스위칭 위치 검출 요소 및/또는 가능하다면 이와 관련된 요소들, 예를 들어 보조 스위치 또는 보조 접점들의 공차들이 더 커질 수 있다.

특히, 스위칭 디바이스가 비교적 크고 그럼으로써 치수적으로 불명확한 개폐장치 조립체의 일부일 때, 또는 스위칭 디바이스가 이 스위칭 디바이스로부터 공간적으로 멀리 이격되어 배열된 제어 유닛으로부터 작동가능하도록 되어 있을 때, 전기 모터를 포함하는 구동 유닛의 일 실시형태가 추천된다. 전기 모터는 스위칭 요소를 스위칭시키는데 필요한 비틀림을, 예를 들어 2 차 기어를 통해, 가요성 축의 입력 부분에 전달한다. 필요하다면, 예를 들어 비상 작동 모드 동안 안전 규칙들로 인해, 구동 유닛은 추가적으로 또는 대안으로 수동 작동될 수도 있다. 이를 위해, 가요성 축 자체의 입력 부분 또는 이에 기계적으로 연결되는 2 차 기어의 스핀들은 핸드 크랭크를 수용하도록 플러그-커플링을 구비할 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 예를 들어 전기 신호가 스위칭 로직 또는 개폐장치 조립체 제어기에 제공되도록, 전기 신호 형태로 보조 접점에서 스위치 위치 검출 요소의 표시가 탭 오프 (tapped off) 될 필요가 있을 수 있다. 이를 위해, 스위칭 위치 검출 요소는, 스위칭 요소의 제 1 위치에 대응하는 스위칭 위치 검출 요소의 표시, 즉 스위칭 상태가, 보조 접점에서 전기 신호로서 탭 오프될 수 있도록, 예를 들어 적어도 1 개의 보조 접점에 연결된다.

제 2 스위칭 접점 또는 복수의 스위칭 상태들이, 예를 들어 조합된 단로기 및 접지 스위치인 경우에, 전기적으로 판독될 수 있을 때, 대응하여 동일하게 적용한다.

요건에 따라서, 적어도 1 개의 보조 접점은, 스핀들을 중심으로 회전시킬 수 있는 접점 요소를 가질 수 있다. 스위칭 상태의 전자기적 검출의 기본적인 실시형태에 있어서, 상기 스핀들은 스위칭 위치 검출 요소 자체에 의해 형성된다. 필요하다면, 스위칭 위치 검출 요소, 스핀들 베어링, 및 접점 요소 사이에 다른 (선형) 중간 기어가 가능하다.

특히, 보조 접점들이, 예를 들어 그의 구성으로 인해, 비선형, 즉 불연속적인 덜컥거림 트리거링 (jerky triggering) 을 필요로 할 때, 제 1 중간 기어는 비선형 기어인 스위칭 디바이스가 추천되고, 이러한 스위칭 디바이스에 의하여, 스위칭 위치 검출 요소를 입력 부분의 제 2 회전각에 대하여 비선형적으로 트리거시킬 수 있다. 보조 접점들의 전기 접점들에 대한 충분히 높은 스위칭 속도 유발로 인해 보조 접점들의 비선형 스위칭이 필요할 수 있고, 그럼으로써, 저전압인 경우 (보조 접점들의 가능한 한 가장 느린 트리거링) 에서도, 또한 과전압인 경우 (보조 접점들의 가능한 한 가장 빠른 트리거링) 에서도, 보조 접점들의 신뢰가능한 스위칭이 보장된다. 비선형 기어의 사용에 의한 추가의 장점으로는, 원하는 위치에 도달하면 보조 접점들의 덜컥거림 스위칭은, 예를 들어 접합 (welding) 효과로 인해, 보조 접점들의 접점 텅들이 정합 접점에 부착 ("들러붙음(sticking)") 되어 유지되는 것이 방지된다. 보조 접점의 실시형태에 따라서, 상기 보조 접점은 회전가능한 접점 요소 및 고정 접점 영역을 가진다. 회전가능한 접점 요소는 원주 방향으로 접점 영역을 문지른다. 접점 영역의 길이는, 보조 접점의 끼움맞춤시 만들어지고, 그럼으로써 종종 이상적인 질량 및/또는 이상적인 형상과는 다른 상당한 편차를 받게 될 수 있다. 하지만, 제어 수단 영역의 대응하는 구성으로 인해, 이러한 공차들의 영향이 크게 보상될 수 있다.

이 때에, 제 1 영역, 제 2 영역 및 가능하다면 스위칭 위치 검출 요소를 갖춘 다른 영역을 가진 작동 수단의 매우 신뢰가능하고 낮은 보수 트리거링의 일예로서 슬롯형 링크 제어 기구가 언급된다. 슬롯형 링크 제어 기구의 기본 실시형태에 있어서, 스위칭 저널은 슬롯 내에서 안내되거나, 또는 슬롯이 스위칭 저널을 안내한다. 다시 말해, 제어 수단은 슬롯형 링크 제어 기구를 포함한다. 제어 수단의 실시형태에 따라서, 상기 제어 수단은 또한 그 자체가, 예를 들어 선형 운동을 회전 운동으로 다시 전환시키는 슬롯형 링크 제어 기구일 수 있다. 통상적인 경우에, 슬롯형 링크 제어 기구는 간단하기 때문에 값싸고 또한 경제적으로 제조될 수 있다. 필요하다면, 슬롯형 링크 또는 이와의 조합물 대신에 레버 기구를 사용할 수도 있다. 더욱이, 제어 수단 또는 이 제어 수단의 적어도 1 개의 영역은 또한 회전가능하게 장착된다. 게다가, 슬롯형 링크 제어 기구는 또한 1 개 초과의 부분으로 형성될 수 있고, 예를 들어 복수의 부분들로부터 조립될 수 있다. 이러한 일 실시형태의 경우에서라도, 스위칭 요소가 2 개의 규정된 스위칭 상태들을 식별하는 스위칭 디바이스인 경우에, 기본적으로 슬롯형 링크 제어 기구의 단부 위치들의 크기와 형상이 결정적이다.

필요한 어떠한 조절 작업없이, 길이가 상이한 가요성 축들을 구동시키기 위한 스위칭 디바이스의 구동 유닛을 가진 구동 기구를 사용할 수 있도록, 제어 수단은, 제 1 길이와 상이한 제 2 길이를 가지고, 그럼으로써 상이한 크기의 제 1 회전각 시프트 및 상이한 크기의 제 2 회전각 시프트를 가진 가요성 축을 사용하더라도, 또한 스위칭 위치 검출 요소 및 그로 인한 미리 규정될 수 있는 스위칭 상태의 동일한 표시가 발생하도록 설계될 수 있다. 이 때에, 변경된 회전각 시프트들에 대한 이러한 공차의 큰 가능성을 나타내는 것으로서 슬롯형 제어 기구가 언급될 수 있고, 스위칭 상태에 대응하는 부분에서 상기 슬롯형 링크 제어 기구의 슬롯은아주 길고 그리고/또는 어떠한 회전각 시프트 영역이 스위칭 위치 검출 요소의 표시를 변경하지 않고서 포함될 수 있는 형상을 갖게 된다. 간단하게, 이러한 경우에 회전각 시프트 영역을 형성하는 슬롯형 링크 부분은 제어 기술면에서 오버플로우를 형성한다.

제 1 중간 기어가 입력 부분에서 구동 유닛에 의해 발생될 수 있는 회전 운동을 선형 운동으로 전환하고자 하는 것이라면, 제 1 중간 기어는 적어도 하나의 스핀들/드라이버 너트 조합부를 가질 수 있다.

필요하다면, 스위칭 요소의 제 1 위치 또는 제 2 위치에 도달될 때, 적어도 하나의 (전기) 리미트 스위치는 스핀들/드라이버 너트 조합부의 드라이버 너트를 통해 구동될 수 있고, 바람직하게는 미리 규정 가능한 위치에 도달되는 경우에 리미트 스위치는 전기적으로 판독 가능하거나 검출 가능하고 전달 가능하다. 실시형태에 따라, 리미트 스위치는 추가의 보조 접점에 의해 형성될 수 있다.

리미트 스위치가 스핀들/드라이버 너트 조합부의 드라이버 너트에 대해 가요성 축의 회전각 시프트 특성, 특히 전체 길이에 따라 선택되는 끼워맞춤 (fitting) 위치에 배열되는 것을 또한 생각해볼 수 있다. 이러한 끼워맞춤 위치는, 이러한 유형의 또는 심지어 예컨대 상이한 제조자들로부터 상이한 유형들의 가요성 축들의 상이한 길이들은 예컨대, 대응하여 시험된 표 (table) 로부터 얻을 수 있다.

통상의 가요성 축은 회전의 방향으로 회전 운동을 전달하도록 설계된다. 그럼에도 불구하고 대향 방향으로 작동된다면, 비틀림 스프링이 반응하고 따라서 회전각 시프트가 종종 달라져, 이들이 스위칭 디바이스에 사용하기에 적절하지 않다. 이는 본 발명에 따른 스위칭 디바이스의 경우가 아니며, 이는 가요성 축이 상이한 와인딩 방향을 갖는 적어도 2 개의 리츠 와이어 (litz-wire) 층들을 갖고, 이 리츠 와이어 층들은, 동일한 제 2 회전각이 주어지면, 시계방향으로의 가요성 축의 작동 동안의 제 1 회전각 시프트 또는 제 2 회전각 시프트가 반시계 방향으로의 가요성 축의 작동 동안의 제 1 회전각 시프트 또는 제 2 회전각 시프트로부터 20 % 미만 만큼 벗어나도록 제공된다. 이는 예컨대, 대응 선택되는 리츠 와이어들의 좌우 비율, 재료의 상이한 선택, 리츠 와이어 층 당 리츠 와이어들의 상이한 개수, 리츠 와이어 층 당 상이한 크기들의 리츠 와이어 직경들 또는 이러한 가능성들의 조합에 의해 달성될 수 있다. 또한, 가요성 축이 보강된 덮개 (sheath) 에 의해 보호됨에도 불구하고 작은 최소 굽힘 반경의 가능성을 제공할 때 유리하다. 후자는 가요성 축을 부설하는 용이함에 상당한 영향을 미친다.

또한, 구동 유닛이 스위칭 요소에 영구히 고정적으로 연결되는 것이 아니라, 스위칭 요소에 분리 가능하게 결합된다면 유리할 수 있다. 커플링을 위한 이러한 능력중 하나의 이점은, 예컨대 구동 기구 (mechanism) 가 단지 스위칭 디바이스가 가장 먼저 작동하게 되는 장소에서만 가요성 축의 일 측상에서 연관된 스위칭 요소에 부딪히게 될 때 밝혀진다. 이러한 경우, 스위칭 디바이스는 가요성 축의 입력 부분 및/또는 출력 부분이 분리 가능한 추가의 커플링을 갖는 사실을 특징으로 한다. 톱니형 커플링들이 특히 적절한데, 이는 이들이 구동 유닛 및 스위칭 요소에 대한 가요성 축의 매우 정확한 결합 및 커플링을, 특히 후자가 미리 정해진 기본 설정들에 위치될 때 가능하기 때문이다. 톱니부와 톱니부의 각이 더 작을수록, 가요성 축은 입력 부분의 입력 구동측 단부에 대하여 더욱 정확하게 위치될 수 있고, 미리 규정 가능한 초기 위치에서, 출력 부분의 출력 구동측 단부에서 스위칭 요소로의 더 정확한 커플링이 이행될 수 있다. 그 결과, 가요성 축은 조정 요소로서 또한 사용될 수 있다.

그럼에도 불구하고, 예컨대 다각형 축 커플링, 스플라인 조인트 또는 심지어 플랜지와 같은 다른 유형들의 커플링이 대안으로서 또한 사용될 수 있다. 구동 유닛에 의해 가요성 축의 입력 부분 상에 도입되는 토크가 가요성 축의 중립 축에 대하여 둘레 방향으로 어떠한 유극없이 가능한한 전달될 수 있다는 것이 중요하다.

가요성 축들은 토크 로딩이 증가할 때 회전각 시프트가 증가하는 특성을 갖는다. 이러한 특성은, 특히 구동 유닛으로서 전기 모터들을 사용할 때 불리하다. 게다가, 전기 모터들은, 스위칭 요소에서 요구되는 회전 속도에 비해, 전기 모터들이 정격 출력을 발생할 수 있게 하기 위해 과도하게 높은 정격 회전 속도를 갖는다는 문제점을 갖는다. 따라서, 특히, 스위칭 요소를 이동시키기 위한 구동 유닛으로서 전기 모터들을 사용할 때, 기계적 제 2 중간 기어가 가요성 축의 출력 부분에 배치된다는 사실을 특징으로 하는 스위칭 디바이스가 제공되어야 한다. 이러한 경우, 제 2 중간 기어는 감속 (reduction) 기어이며 입력 연결부 및 출력 연결부를 가지며, 제 2 중간 기어에 의해 입력 연결부의 회전 속도에 대하여 출력 연결부의 회전 속도를 줄일 수 있다. 이러한 제 2 중간 기어는 상기 가요성 축의 회전 속도를 가능한한 높게 유지할 수 있게 하고, 그 결과 동력 전달은 동일하지만 회전 속도가 더 낮은 경우에, 비교적 더 높은 토크가 전달되어야 할 때보다 더 작은 회전각 시프트를 유발한다. 일반적으로 스위칭 요소에서 제 2 중간 기어가 요구될 때는, 이러한 높은 토크를 갖는 작은 회전 속도로부터 변형된다. 그 결과, 매우 컴팩트한 구동 트레인이 실현될 수 있다. 요구된다면, 제 2 중간 기어는 각 기어 (angular gear) 이다.

IEC 표준에 따라 스위칭 요소에 광학 스위칭 위치 표시를 기계적으로 직접 연결하고자 할 때, 스위칭 디바이스는, 예컨대 드라이브 트레인이 제 1 중간 기어에 회전 고정 방식으로 연결되는 광학 스위칭 위치 표시를 갖는 것을 특징으로 한다.

개폐장치 조립체들의 작동 및 설치에 대하여, 유리한 해법은 스위칭 요소가 절연 가스에 의해 실제 스위치의 금속으로 에워싸인 하우징으로부터 전기 절연되도록 배치되는 가스-절연 스위칭 디바이스들에 의해 달성될 수 있다. 이는 스위칭 요소들이 종종 때때로 접근하기 어려운 스위치 패널의 장소로부터 수 미터 공간을 두고 배치되는 가스-절연 개폐장치 조립체들에 대하여 특히 유리하다. 구동 유닛과 스위칭 요소의 공간 분리는, 개폐장치 조립체의 제어 캐비닛 내로의 구동 유닛의 배치 가능성을 제공하지만, 실제 스위치는 개폐장치 조립체 그 자체 내의 어딘가에 배치된다. 그 결과, 본 발명에 의해, 예컨대 제어 캐비넷의 커버 뒤에서, 커버를 국부적으로 방해하게 배치되고 이에 따라 스위칭 위치 표시로의 직접적인 시각적인 접근 가능성을 사용자에게 제공하는 구동 장치의 디스플레이 유리에 의해서, 광학적으로 매우 간단한 방식으로, 또한 키네마틱 체인으로서 언급되는 비간섭식 기계적 연결을 시뮬레이션하는 것이 가능하다.

가요성 축의 다른 이점은, 직교의 정렬 시스템의 축들을 중심으로 이동 및/또는 회전되는, 즉 3 차원으로의 스위칭 디바이스의 정렬의 경우일지라도, 비교적 용이하게 실현될 수 있고 신뢰할 수 있는 가동 스위칭 요소로의 기계적 연결이 가능하게 되는 것으로 이루어진다. 스위칭 요소를 갖는 스위치가 단지 접근이 어려운 개폐장치 조립체 내의 위치에서 사용자로부터 멀리 설치될 때라도 인간 공학적으로 바람직한 위치에서 사용자에게 용이하게 허용 가능한 스위칭 위치 표시로의 신뢰할 수 있는 시야가, 본 발명에 따른 스위칭 디바이스에 의해 실현될 수 있다. 개폐장치 조립체의 3 차원 공간에서의 스위칭 디바이스의 매우 자유로운 배치는 가요성 축들이 배치된 스위칭 디바이스들의 사용시 유연성에 상당히 기여한다.

게다가, 가요성 축은 매우 높은 자유도를 갖는 스위칭 디바이스와 그의 구동장치의 사용성을 제공한다. 따라서, 예컨대, 구동 유닛과 스위칭 요소/스위치 사이의 형상 및/또는 위치 및/또는 질량 편차들은, 가요성 축에 의해 복잡하지 않은 방식으로 보상될 수 있다. 다시 말하면, 가요성 축은, 예컨대 이러한 스위칭 디바이스를 갖는 개폐장치 조립체와 제어 캐비닛 사이에 매우 자유로운 부설 공정의 가능성을 제공한다.

개폐장치 조립체에 관하여, 목적은 상기 개폐장치 조립체가 본 발명에 따른 적어도 하나의 스위칭 디바이스를 갖는 것에 의해 달성된다. 스위칭 디바이스와 관련하여 언급된 이점들은 또한 이러한 개폐장치 조립체에 대응하게 적용된다.

상기 언급된 발명은, 하기에서 주로 가스-절연 개폐장치 조립체 (GIS), 특히 고전압 개폐장치 조립체 또는 그의 스위칭 디바이스의 예를 사용하여 설명될 것이지만, 본 발명은 대체로 데드 탱크 브레이커 (dead tank breaker (DTB)), 라이브 탱크 브레이커 (live tank breaker (LTB)) 및 공기 절연 개폐장치 조립체들 (AIS) 과 관련된 스위칭 디바이스에 대응하게 적용될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태들은 도면에서 완전 개략적으로 나타내어질 것이다.

도 1 은 스위치를 갖는 가스-절연 개폐장치 조립체의 부분의 측면도를 나타내며, 단부 위치들 사이의 스위칭 요소의 스위칭 위치에서의 제 1 회전각 및 제 2 회전각을 도시하는 도면이다.
도 2 는 스위칭 디바이스의 실시형태의 개략적인 설계를 나타내는 도면이다.
도 3 은 명백하게 검출될 수 있는 2 개의 전기적 스위칭 위치들을 위한 제어 수단을 나타내는 도면이다.
도 4 는 제 1 회전각과 제 2 회전각을 나타내는 도면이며, 각각의 경우 동일 시간에서 동일한 스위칭 상태가 부여되지만, 고정된 정합 접점에 대하여 기동 스위칭 요소의 국부적 위치들은 상이하다.
도 5 는 도 3 에 도시된 슬롯형 리크에서 스위칭 저널의 실제 기계적 위치 및 회전각 시프트를 나타내는 도면이다.
도 6 은 도 3 에 도시된 슬롯형 링크의 스위칭 핀의 실제 기계적 위치에 따라 변하는 스위칭 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 은 제 1 스위칭 위치 (스위치 완전 개방) 로부터 제 2 스위칭 위치 (스위치 완전 폐쇄) 로의 가요성 축의 입력 구동측 입력 부분으로의 토크의 도입을 재현하는 토크/시간 그래프를 나타낸다.
도 8 은 도 6 에 대응하는 시간에서 가요성 축의 스위칭 요소측 출력 부분으로의 토크의 도입을 재현하는 토크/시간 그래프를 나타낸다.
도 9 는 도 6 에 대응하는 시간에서 가요성 축의 입력 드라이브측 입력 부분의 회전 속도를 재현하는 회전 속도/시간 그래프를 나타낸다.
도 10 은 명백하게 검출될 수 있는 3 개의 전기적 스위칭 위치들을 위한 제어 수단을 나타내는 도면이다.

도 1 에서, 가요성 축 (1) 및 가요성 축에 결합된 구동장치 (2) 덕분에, 스위칭 디바이스 (4) 의 스위칭 요소 (3) 를 스위칭 요소 (3) 의 실제 구동장치 (2) 로부터 국부적으로 먼 장소에 배열하는 것과 그럼에도 개폐장치 조립체 (5) 의 신뢰성 있는 작동을 보장할 수 있음이 명확하다. 도 5 는 양식화된 형태로 도시된 스위칭 디바이스 (4) 를 갖는 가스-절연 개폐장치 조립체의 부분 단면을 측면도로 나타내는데, 단지 하나의 전기 위상만 도시되었다.

가요성 축 (1) 은, 회전 운동을 수행할 수 있도록 장착된 부품과, 가요성 축의 작동 중에 정지해 있고 보강된 덮개에 의해 형성된 부품을 포함한다.

구동장치 (2) 는 구동장치 캐비넷 (6) 에 배열된다. 구동장치 캐비넷 (6) 은 콘트롤 아일 (aisle: 7) 에 바로 인접하고, 그 결과로 개폐장치 조립체의 조작자 (8) 는 구동장치 (2) 에 대한 최적의 접근과 구동장치 (2) 의 최적의 육안 시야를 갖는다. 스위칭 디바이스는 미리 설정 가능한 제 1 위치로부터 미리 설정 가능한 제 2 위치로 이동될 수 있는 스위칭 요소를 갖는다. 이 경우에, 스위칭 디바이스 (4) 는 단로기이고, 이 단로기에 의해 전기 위상 (R, S 또는 T) 의 제 1 공칭 도전체 (9) 는 대응하는 전기 위상의 제 2 공칭 도전체 (10) 로부터 연결되거나 분리된다. 이 공칭 도전체들의 스위칭 요소-측 단부들은 스위칭 극들을 형성한다. 통상적으로 이런 유형의 적어도 하나의 단로기 또는 스위칭 디바이스가 전기 위상당 사용된다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 스위칭 디바이스 (4) 는, 가요성 축 (1) 의 회전 운동을 생성하고 그리고 회전 운동을 스위칭 요소 (3) 로 전달하기 위한 구동장치 유닛 (13) 을 갖는 구동장치 (2) 를 그 자체로 갖는다. 구동장치 유닛 (13) 은 전기 모터를 포함하고, 전기 모터는 제 1 의 2 차 기어 (14) 를 통해서 가요성 축 (1) 의 회전가능한 입력 부분 (16) 에 연결된다. 그의 부품을 위한 입력 부분 (16) 은 스핀들 (17) 을 포함한다. 이 스핀들 (17) 은 드라이버 너트 (18) 에 이동가능하게 연결되고, 그 결과로 스핀들의 회전 (revolution) 은 나사식 스핀들 (17) 의 피치에 대응하는 길이를 갖는 선형 운동을 야기한다. 드라이버 너트 (18) 는 리미트 스위치들 (20) 과 상호 작용하는 스위칭 캠 (19) 을 갖는다. 드라이버 너트 (18) 는 또한 스위칭 저널 (22) 을 갖고, 스위칭 저널 (22) 은 스위칭 저널 (22) 에 대해 횡 방향으로 이동 가능하게 장착된 슬롯형 링크 (23) 의 형태인 제어 수단 (23) 의 슬롯에 맞물린다. 그의 부품을 위해 이 슬롯형 링크 (23) 는 스위칭 위치 검출 요소 (24) 를 기계적으로 트리거시키고, 그 결과로 구동장치 유닛 (13) 과 스위칭 요소 (3) 는 독점 기계적 구성요소들의 연쇄 (kinematic chain) 을 통해서 궁극적으로 결합되고 스위칭 위치 검출 요소 (24) 에 연결된다. 슬롯형 링크 (23) 는 이해를 돕기 위해 도 2 에서 스위칭 저널 (22) 에 대해 90°만큼 회전된 위치로 도시된다.

출력 구동장치 측에서, 즉 스위칭 요소 (3) 의 측에서, 가요성 축 (1) 은 회전가능한 출력 부분 (25) 을 갖는다. 제 1 위치 (34) 와 상이한 제 2 위치 (33) 사이의 스위칭 요소의 기계적 위치인 경우의 가요성 축 (1) 의 이동 중에, 제 1 회전각 (28) 은 시간 t2, t3 (최대 t4 직전) 에서 가요성 축의 출력 부분에서 생성될 수 있고, 제 1 회전각 (28) 은 같은 시간 t2, t3 에 입력 부분 (16) 에서의 제 2 회전각 (29) 보다 작고, 그 결과로 제 1 회전각 시프트 (30) 가 생성된다 (이 점과 관련하여 도 2 와 함께 도 3 내지 도 5 를 참조).

게다가, 가요성 축 (1) 의 이동 중에, 제 1 위치 (34) 가 시간 t5 에 도달될 때, 제 3 회전각 (31) 은 출력 부분 (25) 에서 생성될 수 있고, 동시에 제 3 회전각 (31) 은 입력 부분에서 제 2 회전각 (29) 보다 작고, 그 결과로 제 1 회전각 시프트 (30) 보다 큰 제 2 회전각 시프트 (32) 가 생성된다 (이 점과 관련하여 도 2 와 함께 도 3 내지 도 6 을 참조).

가요성 축 (1) 의 입력 부분 (16) 은 기계적 제 1 중간 기어 (37) 를 통해서 스위칭 위치 검출 요소 (24) 에 연결되고, 도 2 에 도시된 실시예에서 제 1 중간 기어 (37) 는 나사식 스핀들 (17), 드라이버 너트 (18), 스위칭 캠 (19), 리미트 스위치들 (20), 스위칭 저널 (22) 및 제어 수단을 형성하는 슬롯형 링크 (23) 를 포함한다. 제어 수단 (23) 은 또한 제 1 영역 (38) 을 갖고, 이는 스위칭 요소 (3) 의 제 1 위치에 대응하고 그리고 제 1 회전각 시프트 (30) 와 제 2 회전각 시프트 (32) 가 스위칭 위치 검출 요소 (24) 의 동일한 표시를 야기하고 따라서 동일한 전기적 스위칭 상태를 표시하도록, 스위칭 위치 검출 요소 (24) 에 결합된다. 추가적인 세부 사항들이 도 3 내지 도 6 을 참조하여 대응하는 스위칭 상태와 관련한 표시와 같은 기술적 효과와 관련하여 주어질 것이다. 스위칭 디바이스의 이 실시예의 개략적 설계의 잔여 특성에 대해 추가적인 세부 사항들이 주어지기 전에, 본 발명에 따른 스위칭 디바이스가 기능하는 방식이 우선 제공될 것이다.

도 3 은 명확하게 검출될 수 있는 2 개의 전기적 스위칭 위치들 (스위칭 상태들) 을 위한 제어 수단 (23) 을 도시한다. 제 1 중간 기어의 효과를 더 잘 설명할 수 있기 위해서, 스위칭 저널이 시간 t4 에서 라인에 의해 도시되고 시간 t3 및 t5 에서는 단지 양식화된 형태로 도시되었다. 상기 언급된 바와 같이, 스위칭 저널 (22) 은 스위칭 상태에 따라 슬롯형 링크 (23) 를 측면으로 이중 화살표 (43) 의 방향으로 이동시킨다. 스위칭 저널 (22) 과 슬롯형 링크 (23) 는 함께 슬롯형 링크 제어 기구를 형성한다. 고정 회전 스핀들 (44) 을 중심으로 회전할 수 있는 스위칭 위치 검출 요소를 위한 제어 수단 (23) 의 이 선형 운동으로부터 회전 운동을 생성하기 위해서, 제어 수단 (23) 은 추가의 슬롯형 링크 제어 기구 (45) 를 통해서 스위칭 위치 검출 요소 (24) 에 연결된다. 명확성을 이유로 오직 아치형 슬롯 경로와 추가의 슬롯형 링크 제어 기구 (45) 의 트리거링 저널만 도 3 에 도시된다.

단로기 형태의 스위칭 디바이스인 경우에 2 개의 전기적 스위칭 상태들을 검출할 필요가 있기 때문에, 슬롯형 링크 (23) 는 제 1 스위칭 상태와 결합된 제 1 영역 (38) 이외에 제 2 스위칭 상태와 결합된 제 2 영역 (39) 을 갖는다. 그 사이에 위치된 연결 영역 (40) 은 제 1 영역 및 제 2 영역 (38, 39) 을 연결하고 스위칭 극들 사이의 전기적 중간 위치를 나타내며, 중간 위치에서 스위칭 요소 (3) 는 제 1 단부 위치 (단로기 완전 폐쇄) 와 제 2 단부 위치 (단로기 완전 개방) 사이에서 기계적으로 위치된다.

도 4 는 각각의 경우에 주어진 같은 시간 t3, t4 및 t5 에 영역 (38) 에서 같은 스위칭 상태지만 고정된 정합 접점에 대해 이동 가능한 스위칭 요소의 상이한 국부적 위치 (도 6 참조) 에서의 제 1 회전각 및 제 2 회전각의 실례를 도시한다.

도 5 는 시간 t3, t4 및 t5 에서 도 3 에 도시된 바와 같이 슬롯형 링크의 스위칭 저널의 실제 기계적 위치와 결과적인 회전각 시프트들의 실례를 도시한다.

도 6 은 스위칭 상태의 실례를 도시하고, 스위칭 상태는 시간 t3, t4 및 t5 에서 도 3 에 도시된 슬롯형 링크의 스위칭 저널의 실제 기계적 위치에 따라 변한다. 최대 이 시점까지의 스위칭 요소는 이와 결합된 정합 접점 (46) 에 아직 도달되지 않아서 이 시점까지의 스위칭 요소 (3) 는 여전히 어떤 저항도 접하지 않기 때문에 회전각 시프트는 시간들 t3 및 t4 사이에서 실질적으로 일정하다는 것이 도 3 내지 도 5 를 종합한 것으로부터 분명하다. 전기의 관점에서, 스위칭 디바이스의 스위칭 요소는 개방 위치로부터 폐쇄 위치로의 천이부에 위치된다. 반면에, 나사식 스핀들의 회전 방향이 공지되고, 제 2 영역 (39) 에 의해서 이미지화된 정의된 스위칭 상태가 분명하게 남겨지는 것이 공지되었기 때문에, 스위칭 디바이스의 사용자는 표시 덕분에 스위칭 요소는 2 개의 단부 위치들 사이의 중간 위치에 위치된다는 것을 안다. 시간 t4 에서, 스위칭 요소 (3) 는 정합 접점 (46) 의 접점 요소 (47) 에 영향을 주고, 이는 제 1 영역 (38) 에 대응하는 제 1 전기적 스위칭 상태의 스위치 위치의 경우에 신뢰할만한 전기 동력 전달을 보장한다. 핀 접점 형태의 스위칭 요소 (3) 가 정합 접점 (46) 으로 아직 완전히 이동되지 않았더라도, 그럼에도 불구하고 이제부터 이 전기적 스위칭 상태는 스위칭 위치 검출 요소의 표시를 통해 제 1 중간 기어에 의해서 정확하게 재현됨으로써, 또 다른 전기적 스위칭 상태가 이미 도달된다. 이러한 정확한 재현은 슬롯형 링크 (23) 의 스위칭 저널 (22) 의 위치와 스위칭 상태의 대응하는 매칭에 의해서 또한 달성된다. 필요한 경우, 개방 위치로부터 폐쇄 위치로의 천이 동안에 "폐쇄됨" 스위칭 상태의 제 시간의 약간 이전에, 즉 상기 스위칭 상태가 실제로 제 시간에 발생하기 전에 확대된 제 1 영역 (38) 에 의한 "폐쇄" 스위칭 상태를 보장하기 위해서 연결 영역 (40) 과 제 1 영역 (38) 사이의 슬롯 곡선 경로 (48) 의 가장자리는 제 2 영역을 향해 이동될 수 있다.

게다가, 도 6 내지 도 8 과 조합하여 도 5 는 접점 요소 (47) (예를 들어 적층된 접점) 의 접촉력을 극복하기 위한 토크 시프트 (32) 가 시간 t5 에서 최대치임을 도시한다. 이는, 접점 요소 (47) 의 접촉력을 극복하기 위해서, 핀 접점 (3) 은 시간 t2 와 t3 사이에서 더 큰 힘으로 눌려지거나 또는 전방으로 이동될 필요가 있기 때문이다. 대응하여, 가요성 축의 출력 부분 (25) 에서의 토크 요구치는 이 시간 t5 에서 최대치이다.

상이한 길이지만 동일한 유형의 가요성 축을 사용할 때, 상이한 규모의 회전각 시프트가 발생할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 이는 스위칭 위치 검출 요소에 의한 변화된 표시를 야기해서는 안된다. 상이한 규모의 회전각 시프트의 결과로서, 도 5 에 도시된 핀 접점의 경우에, 상이한 규모의 이탈이 발생하고, 이는 수용될 필요가 있다. 이는 예를 들어 핀 접점을 위한 오버플로우 영역 (49) 에 의해서 발생할 수 있고, 그 결과로 스위칭 디바이스의 작동 동안에 스위칭 요소는 더 크거나 더 작은 크기로 정합 접점 (46) 의 오버플로우 영역 (49) 안으로 삽입될 수 있다.

도 7 은 제 1 스위칭 위치 (스위치 완전 개방) 로부터 제 2 스위칭 위치 (스위치 완전 폐쇄) 까지 가요성 축의 입력 구동측 입력 부분으로의 토크 (T _E ) 의 도입을 재현하는 토크/시간의 그래프를 나타내는 한편, 도 8 은, 도 7 의 그래프의 시간에 대응하는 시간에서 가요성 축의 스위칭 요소측 출력 부분으로의 토크 (T _A ) 의 도입을 재현하는 토크/시간의 그래프를 나타낸다.

시간 t5 와 t6 사이에서, 스위칭 디바이스의 이러한 실시형태에서 핀 접점 (3) 을 이동시키기 위한 힘의 소비는 (회전 각 시프트에 대하여 마찬가지로) 특정범위의 상수로 남아 있는데, 이는 접점 요소 (47) 의 접촉력이 핀 접점 (3) 의 측방향 표면에 대항하여 핀 접점 (3) 을 확실히 가압하고, 따라서 인가된 마찰력의 결과로서 기계적인 부착 효과를 일으키기 때문이다. 이에 따라, 가요성 축의 출력 부분에 요구되는 토크는 동일하거나 적어도 거의 변하지 않는다.

도 9 는, 도 4 ~ 도 8 의 그래프에 대응하는 시간에서 가요성 축의 입력 구동측 입력 부분의 회전 속도 (n _E ) 를 재현하는 회전 속도/시간의 그래프를 나타낸다. 시간 t0 ~ 시간 t1 에서 구동 유닛의 런업 (runup) 동안, 비틀림 스프링으로 작동하는 가요성 축이 준비되도록 예응력을 받을 때까지, 회전 속도는 정격 회전 속도 (n1) 로 지속적으로 증가한다. t0 과 t1 사이의 시간 시프트가 작고, 가요성 축의 관성이 크다면, 단순화된 용어로 하면, 출력 부분은 상기 지점까지 주로 정지상태 (standstill) 에 남아 있다. 시간 t2 에서, 출력 부분은 또한 정격 회전 속도 (n1) 로 입력부에 상응하여 이동한다. 핀 접점 (3) 이 정합 접점 (46) 의 접점 요소 (47) 의 저항에 부딪히자마자, 회전 속도는 제 2 회전 속도값 (n2) 으로 감소되고, 이 핀 접점을 위해 예상되는 단부 위치에 도달될 때까지 어느 정도 일정하게 유지되고, 그런 다음 구동 유닛이 분리되면 완전 감소된다.

어떠한 경우에는, 모터와 함께 가요성 축의 입력 부분의 역회전이 발생하는데, 이는 가요성 축의 출력 구동측 단부 부분이 스위칭 요소에 작동하는 접점 요소 (47) 의 접촉력을 통해 확실히 유지되는 반면에, 입력 구동측 입력 부분은, 하중이 비틀림 스프링으로서 작동하는 가요성 축에 대하여 완화될 때 튀어오르게 되고, 따라서 회전 각 시프트를 통해 입력 부분을 역회전시기 때문이다. 이는 스위칭 요소 (3) 의 단부 위치에 도달될 때, 구동 유닛이 전기적으로 또는 기계적으로 파괴되지 않는 조건 하에서 적용된다. 결과적으로, 비틀림 스프링으로서 작동하는 가요성 축의 이러한 역회전은, 제어 수단 (23) 의 제 1 및 제 2 영역 (38, 39) 의 상응하는 형상에 의하여 흡수될 수 있고, 그 결과로 스위칭 위치 검출 요소에 의한 표시에 뜻하지 않은 변화가 없다.

다시 도 2 를 참조하면, 스위칭 디바이스의 이러한 실시형태의 개략적인 설계가 하기에 다시 상세히 설명된다. 도 3 에 관해 언급한 바와 같이, 스위칭 위치 검출 요소 (24) 는 추가의 슬롯형 링크 제어 기구 (45) 를 통해 슬롯형 링크 (23) 에 기계적으로 연결된다. 전기적으로 탭오프 (tap off) 하여 스위칭 디바이스의 스위칭 위치를 전달할 수 있게 하기 위하여, 스위칭 위치 검출 요소 (24) 는 적어도 하나의 보조 접점 (55) 의 이동가능한 접점 요소에 기계적으로 연결된다. 스위칭 위치 검출 요소 (24) 가 회전 스핀들 (44) 을 중심으로 회전가능하기 때문에, 회전 접점의 형태인 적어도 하나의 보조 접점의 실시형태가 가능한 일례이다. 스위칭 요소의 제 1 위치에 상응하는 스위칭 위치 검출 요소 (24) 의 표시는 보조 접점 (55) 을 사용하여 전기 신호 (54) 로서 탭오프되어, 스위칭 로직 및/또는 감시 유닛에 전송될 수 있다.

스위칭 캠 (19) 에 의한 2 개의 리미트 스위치들 (20) 의 작동시, 스위칭 요소의 미리 결정가능한 위치 또는 도달되는 적어도 입력 부분 (16) 은 추가의 전기 신호 (53) 의 형태로 탭오프될 수 있다. 스위칭 디바이스의 실시형태에 따라서는, 이 추가의 신호가 구동 유닛의 전기 모터를 분리시키기 위하여 사용될 수 있다. 리미트 스위치 (20) 는, 회전 각 시프트 특성, 특히 가요성 축의 전체 길이, 스핀들/드라이버 너트 결합의 드라이버 너트 (18), 및 드라이버 너트 (18) 의 스위칭 캠 (19) 에 관하여 선택된 끼워맞춤 위치 (65) 에 배열된다.

보조 접점들은, 회전 이동에 의하여 트리거될 수 있고 덜컹거리는 트리거링 (jerky triggering) 을 필요로 하는 1 개 이상의 보조 접점들이다. 이는 추가의 슬롯형 링크 제어 기구 (45) 를 통해 발생된다.

가요성 축은, 긴급 작동 모드에서 전류 없이도 스위칭 요소 (3) 를 제 1 스위칭 상태로부터 제 2 스위칭 상태로 확실히 이동시킬 수 있도록, 구동 유닛 (13) 의 전기 구동 이외에, 또한 핸드 크랭크 (56) 를 통해 수동으로 작동될 수 있다. 이 경우, 핸드 크랭크 (56) 는 입력 부분 (16) 의 콘트롤 아일 (7) 에 대향하는 자유 단부 (57) 를 향하여 화살표 방향으로 연결될 수 있다.

스위칭 디바이스 (4) 의 스위칭 상태를 사용자 (8) 에게 시각적으로 나타내기 위하여, 가요성 축의 입력 부분 (16) 은 제 2 의 2 차 기어 (58) 를 통해 광학 스위칭 위치 표시 (59) 에 대하여 형상 끼워맞춤 방식으로 연결된다. 구동 캐비넷 (6) 이 폐쇄될 때도 스위칭 상태를 확인할 수 있게 하기 위하여, 구동 캐비넷은 광학 스위칭 위치 표시 (59) 의 영역에서 표시창 또는 상응하게 형성된 부분을 가진다.

입력 부분에서의 입력 구동측에 대하여, 그리고, 출력 부분에서의 출력 구동측에 대하여, 가요성 축은, 각각의 경우, 하나의 축 커플링 (60) 에 의하여 연결 요소에 분리가능하게 연결된다. 특정한 경우에서, 입력 부분 (16) 과 출력 부분 (25) 모두는 강성이며, 적어도 2 개의 부분으로 형성되고, 이들 2 개의 부분은 스위칭 디바이스의 작동 시에 톱니형의 커플링 (60) 에 의하여 회전에 대항하여 고정되는 방식으로 서로 연결된다.

가요성 축의 출력 구동측 단부에서, 상기 축의 출력 부분 (25) 은, 기어열의 형태로 선형의 제 2 중간 기어 (61) 를 통하여 스위칭 핀 (3) 에 연결된다. 이러한 경우에서는, 제 2 중간 기어는 감속 기어이며, 입력 연결부 (62) 및 출력 연결부 (63) 를 가진다. 출력 연결부 (63) 에서의 회전 속도는, 제 2 중간 기어 (61) 에 의해 입력 연결부 (62) 에서의 회전 속도에 비해 감소될 수 있고, 동시에 제 2 중간 기어 (61) 는, 입력 연결부 (62) 에서의 낮은 토크를 출력 연결부 (63) 에서의 보다 높은 토크로 증가시킨다.

중간 기어의 출력 연결부 (63) 에서의 회전 이동은, 스핀들/드라이버 너트 조합부 (64) 를 통해 선형으로 이동가능한 형식으로 장착된 핀 접점 (3) 에 대해 선형 이동 (이중 화살표 참조) 으로 전환된다.

도 10 은, 조합식 단로기 및 접지 스위치용으로 사용될 수 있는 바와 같이, 명백하게 감지될 수 있는 3 개의 전기적 스위칭 위치용 제어 수단을 도시한다. 도 3 과 비교해 볼 때, 동일한 또는 적어도 기능상으로 동일한 요소에는 동일한 참조 부호로 나타낸다. 이에 따라, 제어 수단 (23) 은, 이제, 제 1 영역 (38) 및 제 2 영역 (39) 이외에, 스위칭 디바이스의 제 3 의 스위칭 상태에 대응하는 제 3 영역 (66) 을 가진다.

1 : 가요성 축 2 : 가요성 축의 구동장치
3 : 가동 스위칭 요소 4 : 스위칭 디바이스
5 : 개폐장치 조립체 6 : 구동장치 캐비닛
7 : 콘트롤 아일 8 : 조작자
9 : 제 1 공칭 전도체 10 : 제 2 공칭 전도체
13 : 전기 모터를 갖는 구동장치 유닛
14 : 제 1 의 2 차 기어 16 : 가요성 축의 입력 부분
17 : 스핀들 18 : 드라이버 너트
19 : 스위칭 캠 20 : 리미트 스위치
22 : 스위칭 저널 23 : 제어 수단/ 슬롯형 링크
24 : 스위칭 위치 검출 요소 25 : 출력 부분
28 : 제 1 회전각 29 : 제 2 회전각
30 : 제 1 회전각 시프트 31 : 제 3 회전각
32 : 제 2 회전각 시프트 33 : 제 2 위치/스위칭 상태
34 : 제 1 위치/스위칭 상태 37 : 제 1 중간 기어
38 : 제어 수단의 제 1 영역 39 : 제어 수단의 제 2 영역
40 : 연결 영역 43 : 이중 화살표
44 : 스위칭 위치 검출 요소의 회전 스핀들
45 : 추가의 슬롯형 링크 제어 기구
46 : 정합 접점 47 : 접점 요소
48 : 슬롯 곡선 경로 49 : 오버플로우
53 : 추가의 전기 신호 54 : 전기 신호
55 : 보조 접점 56 : 핸드 크랭크
57 : 입력 부분의 자유 단부 58 : 제 2 의 2 차 기어
59 : 광학 스위칭 위치 표시 60 : 축 커플링
61 : 제 2 중간 기어 62 : 입력 연결부
63 : 출력 연결부 64 : 스핀들/드라이버 너트 조합부
65 : 끼워맞춤 위치 66 : 제어 수단의 제 3 영역