CN109074974A - 用于电气开关设备的耦连元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电气开关设备的耦连元件,其包括用于断开和闭合与第二开关触点(6)的电接触的第一开关触点(4)、杆状的缠绕体(8)和旋转体(10),在缠绕体的一个端部上布置有第一开关触点,缠绕体延伸通过旋转体。旋转体包括两个侧面(11、12),其中一个侧面(11)面对缠绕体的一个端部,并且另一侧面(12)面对缠绕体的另一端部。旋转体能转动地支承在缠绕体上,并且缠绕体沿着其纵轴线(14)能平移运动地支承。在旋转体的两个侧面上,分别有至少一个弦(16)这样布置在旋转体与缠绕体之间,使得通过旋转体的反向的旋转运动实现弦在缠绕体上的缠绕和展开,这导致缠绕体的平移运动。旋转体与至少两个弹簧(18、18’)这样耦连,使得沿两个旋转方向(R)总是有弹簧力作用在旋转体上。设置有锁定装置(20),所述锁定装置在缠绕体的平移运动的端部位置(E、E’)中锁定旋转体。
Description
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于电气开关设备的耦连元件。
在用于交流电压的中压和高压功率开关中必要的是,电接触能够在半波内断开或闭合,并且在此经过足够大的路程来增大或减小必需的隔离距离。此外,驱动单元必须在开关设施闭合时能够在允许的时间窗口内增大或保持所要求的接触力。在断开时,可以通过两个电极或两个开关触点的局部焊接形成提高的分离力,其通过驱动单元相对于开关触点局部分离和电绝缘,这导致相对大的质量和因此导致大的动能。这在触点的状态改变期间,即在闭合或断开触点时又导致高的多余能量,通常必须耗费地减小所述多余能量,以避免所谓的触点颤动。
为了能够实现安全的开关,通常提供比原则上针对开关过程需要的明显更高的驱动功率。由此又形成多余能量,其在开关过程结束时必须被补偿。针对该补偿过程又需要附加的阻尼元件。
本发明所要解决的技术问题在于,提供用于电气开关设备的用于断开或闭合开关触点的耦连元件,其相对于现有技术具有更低的机械能需求,以减小触点颤动。
该技术问题的解决方案是具有权利要求1的特征的用于电气开关设备的耦连元件。
根据本发明的耦连元件具有用于断开和闭合与第二开关触点的电接触的第一开关触点。在此,耦连元件包括杆状的、细长的缠绕体,在缠绕体的一个端部上布置有第一开关触点。此外,耦连元件包括旋转体,缠绕体延伸通过旋转体。在此,旋转体包括两个侧面,其中一个侧面面对缠绕体的一个端部,另一侧面面对缠绕体的具有开关触点的另一端部。旋转体在此可转动地支承在缠绕体上,并且缠绕体在此沿着其纵轴线可平移地、即线性地运动地支承。在旋转体的两个侧面上,在此分别有至少一个弦(其例如可以以绳或金属丝绳的形式设计)这样布置在旋转体与缠绕体之间,使得通过旋转体的相反的旋转运动实现缠绕体上的弦的缠绕和展开,这导致缠绕体的平移运动。此外,旋转体的特征在于,至少两个弹簧这样耦连,使得沿两个旋转方向总是有弹簧力施加到旋转体上,其中,设置有锁定装置,所述锁定装置在缠绕体的平移运动的端部位置中锁定旋转体。
为了将在耦连元件的状态改变之后形成的多余能量保持尽可能小而有益的是,最小化运动的质量,并且确保整个耦连元件的尽可能平稳的运动曲线。这尤其适用于开关过程的开始阶段和停止阶段。通过本发明以如下方式减小运动的质量,即取消扭转负荷和弯曲负荷,并且相应地仅负荷压力和拉力。这尤其是通过平稳的运动曲线实现,从而实现共振器,其在此以与旋转体耦连的两个弹簧的形式设计。
在另外的设计方式中设置有自由轮,其与旋转体耦连并且仅允许旋转体的一个旋转方向。该自由轮例如以相应的球轴承的形式设计,该球轴承仅沿一个方向是可转动的,并且该自由轮的作用是,尽管弹簧力作用到旋转体上,但在缠绕体的端部位置中,原则上在触发相应信号的情况下,只有一个旋转体运动方向是可行的,并且因此也只有一个缠绕体运动方向是可行的。在此附加地适宜的是,存在两个自由轮,其中分别有一个自由轮处于激活状态,并且在缠绕体的端部位置中实现两个自由轮之间的激活的切换。因此确保了分别只有一个缠绕体运动方向是可行的并且因此确保了分别只有一个第一开关触点运动方向是可行的。
在缠绕体的平移运动的端部位置所处的位置中锁定旋转体的锁定装置优选通过相应的执行器松开。在此,执行器可以对相应的信号、例如用于断开或闭合开关触点调用的控制信号做出反应。
在有利的设计方式中,在缠绕体的触点闭合的端部位置中,通过作用在旋转体上的弹簧力来施加第一触点向第二触点的挤压力。在此,第一开关触点被加载以补偿力,借助第一开关触点可以确定电极的期望的接触力。
在实践中,通过例如在弹簧或绳中的摩擦,在共振器系统中的能量有少量在弹簧与旋转体之间损耗掉,因此在耦连元件的一定数量的断开和闭合过程后,必须在系统中引入能量。该能量通过弹簧的机械再拉紧引入系统中。
在以下实施例中根据附图还描述了本发明的另外的特征。在此涉及纯示例性的、对保护范围没有影响的设计方式。在附图中:
图1示出了具有旋转体和缠绕体以及两个开关触点的耦连元件,其中,两个开关触点位于断开的端部位置中;
图2示出了根据图1的相应耦连元件在中间位置中的情形并且
图3示出了根据图1的耦连元件,其中开关触点是闭合的。
以下根据耦连元件2阐述本发明,所述耦连元件用于断开和闭合真空开关管中的开关触点4、6。然而,根据本发明的耦连元件也可以在其它的开关设备中用于断开和闭合电接触。
图1至3示出了根据本发明的耦连元件2的变型方案。利用耦连元件2操纵由盘形的开关触点4和6构成的接触系统,其中为此,开关触点4相对于开关触点6运动。在两个开关触点4和6接触时,电路闭合,并且导致电流流过进一步在下方阐述的导电的杆状的缠绕体8和开关触点4和6的接触系统。电流流动又可以通过经由两个开关触点4和6的分离运动断开接触系统被中断。
开关触点4固定在缠绕体8的下端部上,缠绕体随后也被称为缠绕杆。缠绕体3可以线性地,即平移地运动,其中,缠绕体沿着其纵轴线导引,但在此不能扭转。旋转体10可转动地支承在缠绕体8上,即旋转体可以在缠绕体上旋转。为此,旋转体8具有钻孔,杆状的缠绕体8穿过该钻孔。在此,在缠绕体8与旋转体10之间设置了轴承13,从而使旋转体10的旋转尽可能无摩擦地和损耗小地进行。
旋转体8在此在该示例中包括两个彼此间隔开的盘或者说侧面11和12。在旋转体的两个侧面11和12之间,在该实施方式中示意性示出了轴承13,其应该说明的是,旋转体10可转动地支承在缠绕体8上。
在图1中示出了耦连元件2的位置,其中,触点4和6以其彼此间尽可能最远的距离断开。该距离通过相对于触点4的位置的端部位置E表示。图2示出了在端部位置E与图3所示的端部位置E’之间的中间位置,在图3所示的端部位置中,触点4和6是闭合的,并且电流可以流过触点。
从图1中的端部位置E的位置开始,现在描述耦连元件2的闭合过程。在此还需要说明的是,旋转体10与(在该示例中)两个弹簧18耦连。弹簧18设计用于拉力负荷,并且在此以一个端部固定在旋转体10上,并且以另一端部固定在耦连元件2外部的固定点24上。在弹簧18比弹簧18’具有更强的预紧的端部位置E中,设置了锁定装置20,其又与执行器22连接。锁定装置20在该示例中非常示意性地通过杆示出,锁定装置20例如可以设计为两个相互嵌接的齿环的形式,这在此为了更好的清晰性没有明确示出。
此外,耦连元件包括弦16和16’,其优选设有一定预紧地固定在旋转体10与缠绕体8之间。弦16在此分别安置在缠绕体8上,并且利用第二固定点尽可能远地在外部固定在旋转体10的盘11和12上或者上方的和下方的侧面11和12上。弦在此理解为总体上柔性的结构,例如绳、金属丝绳或芳纶纤维,它们在一侧具有高的弹性模量,以便实现缠绕体8与旋转体10之间的尽可能牢固的预紧。
在根据图1的示例中,弦16’在旋转体10的侧面12与开关触点4之间的下部区域中围绕缠绕体缠绕多圈。在耦连元件的上部区域中,即在旋转体10的侧面11的上方,弦16在根据图1的端部位置E的位置中没有扭转。如果例如通过传导至执行器22的信号导致锁定装置20被打开,那么通过弹簧18和18’(弹簧总体上设计用于形成共振器)的预紧产生旋转体的旋转运动,通过所述旋转运动,在缠绕体8的下部区域中的弦16’展开,并且与之相反地,处于上部区域中的弦16在旋转体10上方卷绕在缠绕体上。该位置在图2中示出。在根据图2的位置中,弹簧18和18’也基本上处于平衡位置中,其中,在此也存在弹簧18和18’的预紧。根据图2的该平衡位置由于两个弹簧起到共振器的作用而被消除,并且根据图3形成端部位置E’的位置,其中,两个开关触点4和6是闭合的。
在此,系统在各个弹簧18和18’的预紧方面设计为,使得不仅建立触点4和6之间的接触,而且也使补偿力、即附加的挤压力通过缠绕体8和开关触点4作用在开关触点6上。在达到端部位置E’时,锁定装置20又通过执行器22触发地嵌入旋转体10中,从而保持旋转体10的位置。
在图1和3之间示出的运动流程中显示的是,如何通过旋转体10的旋转将旋转运动通过弦16的缠绕转换为缠绕体8和因此开关触点4的平移运动。缠绕体8的平移的或者说也是线性的运动可以沿两个方向进行。在此描述的闭合过程可以可逆地从图3出发经由图2的位置返回图1地描述,其中,缠绕体8沿着其纵轴线14的平移运动朝端部位置E的方向实行。
因为弹簧对18和18’作用为共振器,所以运动可以非常频繁地在没有大的摩擦损耗的情况下进行。摩擦损耗因此是非常小的,因为通过弦16和16’传递的摩擦同样是很小的,并且实现旋转体相对于缠绕体8的尽可能好的支承。
旋转体10的旋转运动设计为,使得旋转体在断开和闭合过程中分别实行沿每个方向例如大约90°的转动。在此,开关时间,即耦连元件从端部位置E’到达端部位置E和相反的情况需要的时间取决于所使用的弹簧18的刚性和惯性,即也用作飞轮的旋转体10的质量。旋转体10的角速度Ω在此直接与弹簧刚性、即弹簧常数K和旋转体10的质量m之比的根成正比,示例性地通过如下方程表示Ω~(K/m)0.5。
在此,这样调节旋转体的能量,从而得到期望的Ω,即期望的角速度和针对相应的开关过程的期望开关时间,其中,系统总能量的大约95%流入开关过程中。在此,通过损耗非常小的工作的所述开关系统或耦连元件,在示例性的开关过程中,在系统中损失了大约1.5J能量。在利用常规驱动器的常规开关过程中,在相同的功率和在耦连元件具有类似尺寸的情况下,在每个开关过程中损失20至30倍的能量。这意味着,能量在两个开关触点4和6碰撞时损失,这导致的是,能量使开关触点在所谓的碰撞过程中多次在微小的范围内彼此分离并且又聚集,类似于击打到铁砧上的锤子所做的那样。该碰撞过程在高压设施的开关时是非常不期望的,因为由于该碰撞过程不能够均匀和快速地建立接触。通过根据图1至3的能量损耗小地工作的耦连元件将该碰撞过程减为最小。
因为耦连元件2的系统这样低损耗地开关,所以可以在弹簧18和18’的相应预紧的情况下实现大量开关过程。在此,系统优选设置为,使得执行开关过程的数量相当于通常在开关设施的两次总归要进行的维护间隔期之间发生的那么多。因此,在常规的维护中可以通过旋转体8(飞轮)的过度转动实现机械拉紧、即弹簧18和18’的预紧。拉紧例如可以手动地根据机械表或借助电动机实现。
此外,在纯示意性示出的轴承13的区域中还布置有两个自由轮,其功能在于,仅沿一个方向、即沿关于相应的端部位置E或E’是唯一的期望方向的方向允许旋转体10的旋转运动。在此未明确示出的自由轮与锁定装置20共同作用,从而当例如在端部位置E中连接相应的锁定装置20时仅接到如下自由轮中,该自由轮通过相应的旋转允许沿缠绕体8的轴线14朝下端部位置、即闭合的端部位置E’的方向的平移运动。在根据图3的端部位置E’中,又仅允许沿反方向的旋转运动,并且因此允许向上朝端部位置E的方向的平移运动。自由轮指的是球轴承,其仅允许一个转动方向并且锁止相反的转动方向。
Claims (7)
1.一种用于电气开关设备的耦连元件,其中,耦连元件(2)包括用于断开和闭合与第二开关触点(6)的电接触的第一开关触点(4),其中:
-耦连元件(2)包括杆状的缠绕体(8),并且在缠绕体的一个端部上布置有第一开关触点(4);
-耦连元件(2)包括旋转体(10),缠绕体(8)延伸通过旋转体,
-其中,旋转体(10)包括两个侧面(11、12),其中一个侧面(11)面对缠绕体的一个端部,并且另一侧面(12)面对缠绕体的另一端部,
-旋转体(10)能旋转地支承在缠绕体(8)上,并且缠绕体(8)沿着其纵轴线(14)能平移运动地支承;
-在旋转体(10)的两个侧面(11、12)上,分别有至少一个弦(16)这样布置在旋转体(10)与缠绕体(8)之间,使得通过旋转体(10)的反向的旋转运动实现弦(16)在缠绕体(8)上的缠绕和展开,这导致缠绕体(8)的平移运动,并且
-旋转体(10)与至少两个弹簧(18、18’)这样耦连,使得沿两个旋转方向(R、R’)总是有弹簧力作用在旋转体(10)上,其中,
-设置有锁定装置(20),所述锁定装置在缠绕体(8)的平移运动的端部位置(E、E’)中锁定旋转体(10)。
2.根据权利要求1所述的耦连元件,其特征在于,存在自由轮,所述自由轮与旋转体(10)耦连,并且只允许旋转体(10)的一个旋转方向。
3.根据权利要求2所述的耦连元件,其特征在于,设置有两个沿反方向自由转动的自由轮,其中分别有一个自由轮是激活的,并且在缠绕体的端部位置(E、E’)中在两个自由轮之间实现激活的切换。
4.根据前述权利要求中任一项所述的耦连元件,其特征在于,锁定装置(20)的松开通过执行器(22)实现。
5.根据前述权利要求中任一项所述的耦连元件,其特征在于,在触点(4、6)闭合的端部位置(E’)中,通过作用在旋转体(10)上的弹簧力实现第一触点(4)在第二触点(6)上的挤压力。
6.根据前述权利要求中任一项所述的耦连元件,其特征在于,通过机械地再拉紧弹簧(18)实现对耦连元件中的能量损耗的补偿。
7.根据前述权利要求中任一项所述的耦连元件,其特征在于,所述至少两个弹簧(18)为了旋转体(10)的每个定位具有预紧。
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