CN109313994B - 具有惯性质量元件的用于电气开关设备的耦连件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电气开关设备的耦连件(2)，其中，耦连件(2)包括用于打开并且闭合与第二开关触点(6)的电气接触的第一开关触点(4)，其中，第一开关触点(4)与推杆(9)连接，推杆能平动运动地支承并且与促动器(15)作用连接，促动器致使推杆(9)平动运动。本发明特征在于，设有惯性质量元件(3)，惯性质量元件通过弹簧元件(5)与耦连件(2)耦连。

Description

具有惯性质量元件的用于电气开关设备的耦连件

本发明的解决方案在于，具有权利要求1的特征的用于电气开关设备的耦连件。按本发明的用于电气开关设备的耦连件具有两个开关触点、第一开关触点和用于打开并且闭合电气接触的第二开关触点。在此第一开关触点与推杆连接，推杆能平动运动地支承并且与促动器直接连接。该促动器致使推杆的平动运动，其中，本发明特征在于，设有惯性质量元件，该惯性质量元件通过弹簧元件与耦连件耦连。

本发明的优点在于，在闭合两个触点时被引入的并且为施加一个将第一开关触点压紧到第二开关触点上的压紧力所需的能量、为了建立触点的可靠连接、不导出到两个触点之间的碰撞中。相反，多余的能量通过冲击传递装置传递到惯性质量元件中。在此同样设置的弹簧元件不必非要设计成普通弹簧的形式，也可以在推杆和惯性质量元件之间装入刚性非常大的连接装置。在此，作用有与牛顿摆相似的耦连件，在牛顿摆中多个球可移动地支承在两个绳子上并且它们直接地接触。在此以一定的动能撞击到接触的其余球上的外侧的球导致冲量通过其他彼此接触的球来传递，其中，这排球的最后一个球以本身几乎无损失传递的冲量向外摆动。该物理现象在技术上在该处被利用在耦连件中，以使在闭合开关触点时出现的能量和冲量转移到惯性质量元件中。在打开开关触点时，存储在弹簧元件或惯性质量元件中的能量或冲量可以被释放并且在能量上辅助打开过程。

在本发明另一种结构方案中，惯性质量元件以能够平动运动的方式、相对推杆对中地布置在推杆上。弹簧元件以旋转弹簧的形式同中心地布置在推杆上。以这种方式和方法在闭合触点时出现的冲击可以特别方便地传递到惯性质量元件中。在此又特别有利的是，在推杆上同样与推杆同中心地设有止动件，该弹簧元件以压力加载的旋转弹簧的形式布置在止动件和惯性质量元件之间。

此外合理的是，促动器设计成旋转体的形式并且推杆设计成杆状绕线体的形式。在此，该绕线体延伸通过旋转体。旋转体在此包括两个侧面，其中一个侧面朝向绕线体的一个端部，其中另一个侧面朝向绕线体的另一个端部，其中，旋转体相对绕线体可旋转地支承。旋转体的两个侧面在此分别与至少一个例如绳索、钢丝绳或芳纶纤维形式的弦线连接，该弦线又以另一个端部布置在绕线体上。通过在旋转体和绕线体之间的绳索连接，由旋转体的相反的旋转运动实现在绕线体上的卷绕和开卷，从而导致绕线体的平动运动。促动器的该实施形式导致推杆或绕线体的特别无压力的运动，因此也通过该措施减少在打开时并且尤其在闭合两个开关触点时的碰撞。

在此又特别有利的是，旋转体与至少两个弹簧这样耦连，使得沿两个旋转方向总在旋转体上作用一个力，其中，设有锁定装置，该锁定装置在绕线体的平动运动的终端位置中锁定旋转体。

基本上，前述的旋转体形式的促动器也能通过电气驱动器运动。在该实施方式中，预紧的弹簧被用作驱动器，所述弹簧以谐振器的方式作用且在相反方向预紧旋转体。以这种方式，在旋转运动和平动运动时损失最少的能量，该能量在多次开关过程之后通过弹簧的再张紧又可以引入该系统中。

在另一种实施形式中，设有自由回转机构(Freilauf；亦可称为“单向离合器”)，该自由回转机构与旋转体耦连并且只允许旋转体的一个旋转方向。该自由回转机构例如设计成相应球轴承的形式，其仅在一个方向上可旋转，并且它用于，虽然在旋转体上作用有弹簧力但在绕线体的终端位置中基本上在触发相应的信号时只能实现旋转体的仅一个运动方向并因此实现绕线体的仅一个运动方向。在此还适宜的是，存在两个自由回转机构，其中分别一个被激活，并且在绕线体的终端位置中切换两个自由回转机构之间的激活。因此确保，实现绕线体的仅一个运动方向并因此实现第一开关触点的仅一个运动方向。

将旋转体锁定在绕线体的平动运动的终端位置所处的位置中的锁定装置优选通过相应的促动器解开。在此，促动器可以响应相应的信号，例如为打开或闭合开关触点而调用的控制信号。

在一种有利的实施形式中，在触点闭合时绕线体的终端位置中，通过作用到旋转体上的弹簧力将第一触点的压紧力施加到第二触点上。在此，第一开关触点被施加偏置力，借助偏置力可以确定电极的期望接触力。

实践中，例如在弹簧或绳索情况中，很少的能量在弹簧和旋转体之间的谐振器系统中会由于摩擦而损失，从而在耦连件的一定数量的打开和闭合过程之后能量必须引入该系统中。该能量通过弹簧的机械再张紧引入该系统中。

此外适宜的是，惯性质量元件与旋转体这样连接，使得它相对旋转体可旋转地固定，也就是说与其一起被强制控制地一起进行旋转运动，其中，惯性质量元件沿绕线体的平动运动方向相对旋转体可移动地设计。这导致，导入惯性质量元件中的冲击可以通过它的一种运动吸收。

本发明的其他实施形式和其他特点根据下面的附图进一步阐述。它是不限制保护范围的纯例示图，在附图中示出：

图1是具有两个触点、推杆、触动器和惯性质量元件的耦连件的示意图，

图2是具有旋转体和在旋转体和推杆之间的绳索驱动器的在触点打开位置中的耦连件，

图3是与图2相似的具有半打开的触点的耦连件和

图4是与图2和3相似的具有闭合的触点的耦连件。

在图1中，给出了耦连件的结构和作用方式的非常示意性的基本图示，其中，耦连件2具有促动器15，该促动器可以通过推杆9的平动运动将第一触点4施加到第二触点6上。推杆9的运动根据双向箭头表示。在此，促动器15可以以任意的方式，例如是液压的或通过电气驱动器构成。促动器15的优选的实施形式在图2至4的实施例中阐述。

在闭合触点4和6时，如引言中已阐述的，引入一个冲击(或称为冲量)，该冲击又在传统的系统中导致在闭合过程中在触点4和6之间的碰撞。该碰撞按根据图1的耦连件2通过惯性质量元件3最小化，方式是惯性质量元件3吸收在触点4和6闭合时产生的冲击。为此，示意性示出弹簧元件5，该弹簧元件将冲击导入惯性质量元件3中。弹簧元件5在此可以非常刚性地设计，因此该弹簧此处在该部位处仅看作示意性的。该箭头F_K在此表示接触力，该接触力作用到推杆9上并且作用到触点4上并因此也在触点4和6的闭合状态下作用到触点6上。

图1至3示出按本发明的耦连件2的变型结构。通过耦连件2操作接触系统，该系统由圆盘状的开关触点4和6组成，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，电路闭合并且电流通过下面阐述的导电的杆状绕线体8和开关触点4和6的接触系统引发。通过接触系统由于两个开关触点4和6相互分开而打开，电流又被中断。

开关触点4固定在绕线体8的下端部上，该下端部下面也称作绕线杆。该绕线体8线性地，也就是说平动地可移动，其中，它沿其纵轴线导引，但在此不可以扭转。在绕线体8上可旋转地支承有旋转体10，亦即，该旋转体可以在绕线体上旋转。为此，旋转体10具有孔，杆状的绕线体8突伸穿过该孔。在绕线体8和旋转体10之间设有轴承13，使得旋转体10的旋转尽可能无摩擦地并且低损失地进行。

旋转体8在此在本实施例中包括两个相互间隔的圆盘或侧面11和12。在旋转体的这两个侧面11和12之间，在该实施形式中示意性示出轴承13，该轴承形象地说明旋转体10可旋转地支承在绕线体8上。

在图1中示出耦连件2的一个位置，其中，触点4和6以它们相互间尽可能远的距离打开。该距离借助参照触点4的位置的终端位置E表示。图2示出在该终端位置E和图3中所示的终端位置E`之间的中间位置，在终端位置E`中触点4和6闭合并且电流可以流过触点。

起始于图1中的终端位置E的位置，现在描述耦连件2的闭合过程。在此还要实施的是，旋转体10与-在本实施例中-两个弹簧18耦连。弹簧18设计用于拉伸载荷并且在此通过一个端部固定在旋转体10上并且通过另一个端部固定在耦连件2之外的固定点24上。在弹簧18具有比弹簧18`更强的预紧力的终端位置E中，设有锁定装置20，该锁定装置又与促动器22连接。锁定装置20在本实施例中非常示意性地通过杆件表示，该锁定装置20可以例如设计成两个相互啮合的齿环的形式，这在此为了清楚起见并未详细示出。

此外，耦连件包括固定在旋转体10和绕线体8之间的优选具有一定预紧力的弦线16或16`。该弦线16在此分别安装在绕线体8上并且通过第二固定点向外尽可能靠外地固定在旋转体10的圆盘11和12上或在上侧面11和下侧面12上。弦线在此理解为整体上柔软的物体，例如绳索、钢丝绳或芳纶，其在所述一个侧面上具有较高的弹性模数，以便实现在绕线体8和旋转体10之间尽可能牢固的预紧力。

在按图1的实施例中，弦线16`在耦连件的下部区域在旋转体10的侧面12与开关触点4之间围绕绕线体卷绕多圈。在耦连件的上部区域中，也就是说在旋转体10的侧面11上方，弦线16在按图1的终端位置的位置中不扭转。弹簧18和18`整体上这样设计，使得形成一个谐振器，若例如通过信号(其被转达给促动器22)致使锁定装置20打开，则通过该弹簧18和18`的预紧力产生旋转体的旋转运动，由于该旋转运动，弦线16`在绕线体8的下部区域中开卷(或展开)并且与之相反，弦线16在绕线体8的上部区域中，在旋转体10的上方在绕线体上卷绕。该位置在图2中示出。在按图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`的预紧力。按图2的平衡位置由于用作谐振器的两个弹簧的作用被越过，并且按图4出现终端位置Ε`的位置，其中，两个开关触点4和6闭合。

在此，该系统在单独的弹簧18和18`的预紧力方面设计成，使得不仅形成在触点4和6之间的接触，而且还产生偏置力(Offsetkraft)，也即附加的压紧力还通过绕线体8和开关触点4作用到开关触点6上。在达到终端位置Ε`时，锁定装置20通过促动器22又嵌接到旋转体10中，使得旋转体10的位置被固定。

在图1和3之间所示的运动过程中示出，如何通过旋转体10的旋转将旋转运动通过弦线16的卷绕转变为绕线体8并因此开关触点4的平动运动。绕线体8的平动运动或线性运动可以在两个方向上进行。此处描述的闭合过程可以反向地从图3开始通过图2的位置返回至图1地描述，其中，绕线体8的平动运动沿其纵轴线14在朝向终端位置E的方向上完成。

因为弹簧对18和18`用作谐振器，所以该运动通常可以无较大摩擦损失地发生。摩擦损失因此非常小，因为通过弦线16和16`传递的摩擦同样很小并且实现旋转体相对绕线体8尽可能好的支承。

旋转体10的旋转运动设计成，使得旋转体在打开和闭合过程中分别完全一个沿每个方向大致90°的转动。在此，开关时间，也就是说耦连件从终端位置Ε`到达终端位置E中或从终端位置E到达终端位置Ε`中所需的时间与所用弹簧18的刚度和也用作飞轮的旋转体10的惰性，也就是说质量有关。旋转体10的角速度Ω在此直接地与弹簧刚度、也就是说弹簧常数K与旋转体10的质量之间的比率的根成正比，例如通过公式Ω～(K/m)^0.5表示。

在此这样调节旋转体的能量，使得为各开关过程获得期望的Ω，也就是说期望的角速度和期望的开关时间，其中，系统总能量的约95％流入开关过程中。通过非常低损失工作的所述的开关系统或耦连件，在此在例示性的开关过程中在该系统中损失约1.5J的能量。在传统的具有传统驱动器的开关过程中，在耦连件具有相同的效率和相似的尺寸时，每次开关过程损失20-至30-倍的能量。这意味着，该能量在两个开关触点4和6碰撞时损失，这导致，该能量使开关触点在所谓的碰撞过程中多次地在微观范围内彼此分离并且又聚集在一起，类似于锤子击中铁砧。这种碰撞过程在高压设备接通时是极其不期望的，因为通过它不能形成均匀的且快速的触点结构。通过能量损失低地工作的、按图1至3的耦连件将该碰撞过程减至最小。

因为耦连件2的系统这样地低损失地被接通，所以可行的是，在弹簧18和18`存在相应预紧力的情况下实现多次开关过程。在此系统优选设置成，使得能够实施与通常会在开关设备的两个本来发生的维修间隔之间产生的次数一样多的开关过程。因此，在日常维护时可以通过机械张紧进行，使旋转体8(飞轮)过度扭转机械张紧，也就是说弹簧18和18`通过使旋转体8(飞轮)过度扭转实现预紧。所述张紧可以例如手动地根据机械表进行或借助电机实现。

此外，还在纯示意性示出的轴承13的区域中设有两个自由回转机构，其功能在于，允许旋转体10仅在一个方向上的旋转运动，即，对于相应的终端位置E或Ε`是唯一的期望的方向。在此并未明确表示的自由回转机构与锁定装置20共同作用，使得在相应的锁定装置20施加时(例如在终端位置E的情况中)仅接入自由回转机构，所述自由回转机构通过相应的旋转允许沿绕线体8的轴线14朝下部终端位置的方向的平动运动、也就是说使终端位置E闭合的平动运动。在按图3的终端位置Ε`中又仅允许沿反向的旋转运动并因此允许向上朝终端位置E方向的平动运动。自由回转机构是球轴承，该球轴承仅允许一个旋转方向并且阻止相反的旋转方向。

基于相对图2、3和4所描述的、旋转体10和绳索驱动器形式的用于绕线体8的平动运动的促动器15的作用还应当进一步讨论惯性质量元件3的作用。在通过终端位置Ε`在图4中所示的闭合过程中，如已述，出现碰撞过程，其中，在绕线体8或推杆9上作用有接触力F_K。在继续旋转运动时，也就是说在进一步操作促动器时，使惯性质量元件3偏转。在此引入该系统中的能量通过惯性质量元件3、通过此处设计成旋转弹簧7形式的弹簧元件5传递到其中。为了将惯性质量元件3更好的耦连，在推杆9或绕线体8上设有止动件26，在该止动件上贴靠有对压力起作用的旋转弹簧。止动件26在此与推杆9固定连接并且在施加力F_K时由此合成的冲击通过旋转弹簧7传递到惯性质量元件3上。惯性质量元件3在此又与旋转体10连接。在该实施形式中，惯性质量元件3贴靠在旋转体10的侧面11上，该惯性质量元件3与旋转体10连接成，使得在旋转运动R中这由惯性质量元件3完成。因此，惯性质量元件3可旋转地与旋转体10耦连。但在轴线14的方向上，也就是说在绕线体或推杆的平动运动的方向上给出在惯性质量元件3和旋转体10之间受限的运动可能。

Claims (11)

1.一种用于电气开关设备的耦连件，其中，所述耦连件(2)包括用于打开并且闭合与第二开关触点(6)的电气接触的第一开关触点(4)，其中，所述第一开关触点(4)与推杆(9)连接，所述推杆能平动运动地支承并且与促动器(15)作用连接，所述促动器致使推杆(9)的平动运动，其中，设有惯性质量元件(3)，所述惯性质量元件(3)通过弹簧元件(5)与耦连件(2)耦连，其特征在于，所述推杆(9)设计成杆状的绕线体(8)的形式，所述耦连件(2)包括旋转体(10)，所述绕线体(8)延伸通过所述旋转体(10)，其中，所述旋转体(10)包括两个侧面(11，12)，其中一个侧面面向所述绕线体(8)的一个端部，其中另一个侧面面向绕线体(8)的另一个端部，所述旋转体(10)可旋转地支承在所述绕线体(8)上，其中，在旋转体(10)的两个侧面(11，12)上，各有至少一根弦线(16，16`)布置在所述旋转体(10)和所述绕线体(8)之间，使得通过旋转体(10)的相反的旋转运动实现弦线(16，16`)在所述绕线体(8)上的卷绕和开卷，这导致绕线体(8)的平动运动。

2.根据权利要求1所述的耦连件，其特征在于，所述惯性质量元件(3)以能够平动运动的方式、相对所述推杆(9)对中地布置在推杆(9)上，并且弹簧元件(5)以旋转弹簧(7)的形式同中心地围绕推杆(9)延伸。

3.根据权利要求2所述的耦连件，其特征在于，止动件(26)同中心地布置在所述推杆(9)上，所述弹簧元件(5)以压力加载的旋转弹簧(7)的形式布置在所述止动件(2)和所述惯性质量元件(3)之间。

4.根据权利要求3所述的耦连件，其特征在于，所述旋转体(10)与至少两个弹簧(18，18`)耦连，使得沿两个旋转方向(R)在旋转体(10)上始终作用弹簧力，其中，设有锁定装置(20)，所述锁定装置(20)在绕线体(8)的平动运动的终端位置(Ε，Ε`)中锁定所述旋转体(10)。

5.根据权利要求4所述的耦连件，其特征在于，存在自由回转机构，所述自由回转机构与旋转体(10)耦连并且所述自由回转机构允许旋转体(10)的仅一个旋转方向。

6.根据权利要求5所述的耦连件，其特征在于，设有两个在相反方向上自由回转的自由回转机构，分别激活其中之一并且在所述绕线体(8)的终端位置(Ε，Ε`)中切换两个自由回转机构之间的激活。

7.根据权利要求4至6之一所述的耦连件，其特征在于，通过锁定-促动器(22)解锁锁定装置(20)。

8.根据权利要求4至6之一所述的耦连件，其特征在于，在第一开关触点与第二开关触点闭合的终端位置(Ε`)中，通过作用到旋转体(10)上的弹簧力实现第一开关触点(4)在第二开关触点(6)上的压紧力。

9.根据权利要求4至6之一所述的耦连件，其特征在于，耦连件中的能量损失通过弹簧(18，18`)的机械再张紧补偿。

10.根据权利要求4至6之一所述的耦连件，其特征在于，所述至少两个弹簧(18，18`)相对旋转体的每个定位具有预紧力。

11.根据权利要求3至6之一所述的耦连件，其特征在于，所述惯性质量元件(3)与所述旋转体(10)连接，使得所述惯性质量元件(3)相对所述旋转体(10)可旋转地固定并且沿所述绕线体(8)的平动运动方向相对所述旋转体可移动。

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