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Die
Erfindung betrifft eine Schaltgeräteanordnung mit einem
Abströmkanal für Schaltgase, welcher relativ zu
einer Schaltstrecke bewegbar ist und zumindest eine Schaltgasaustrittsöffnung
aufweist.
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Eine
derartige Schaltgeräteanordnung ist beispielsweise aus
der europäischen Patentschrift
EP 1 226 597 B1 bekannt.
Dort ist eine Schaltgeräteanordnung beschrieben, welche
einen relativ zu einer Schaltstrecke bewegbaren Abströmkanal
aufweist. Der dortige Abströmkanal weist in einem von der
Schaltstrecke abgewandten Bereich Schaltgasaustrittsöffnungen
auf. Um austretendes Schaltgas zu lenken und zu leiten, ist ein
Strömungsrichter vorgesehen, welcher austretendes Schaltgas
in verbesserter Weise gegen einen Umlenkkörper richtet.
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Das über
den Abströmkanal abzuleitende Schaltgas wird beispielsweise
während eines Schaltvorganges durch einen brennenden Lichtbogen
generiert. Je nach Stärke des Lichtbogens wird dabei mehr
oder weniger Schaltgas generiert. Bei einem geringen Schaltgasvolumen
kann es im Abströmungsbereich zu Verwirbelungen des Schaltgases kommen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Schaltgeräteanordnung
der eingangs genannten Art anzugeben, welche ein Abströmen
von kleinen Schaltgasvolumina aus einer Schaltstrecke in verbesserter
Art und Weise ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird
dies bei einer Schaltgeräteanordnung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass die Schaltgasaus trittsöffnung
in Abhängigkeit einer Bewegung des Abströmkanals verdämmbar
ist.
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Der
Abströmkanal kann beispielsweise als Fortbildung eines
Schaltkontaktstückes ausgestaltet sein. So kann ein Schaltkontaktstück
an seinem der Schaltstrecke zugewandten Ende beispielsweise tulpenförmig
gestaltet sein und ein Einfahren eines weiteren Schaltkontaktstückes
zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes ermöglichen.
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Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Abströmkanal
beispielsweise Teil einer kinematischen Kette zum Antrieb eines
beliebig gestalteten Schaltkontaktstückes ist. So kann
beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Schaltstange gegebenenfalls
mit elektrisch isolierenden Abschnitten oder vollständig
elektrisch isolierend gestaltet ist und diese Schaltstange als Abströmkanal
für Schaltgase genutzt ist.
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Je
nach Voranschreiten einer Relativbewegung zwischen den an der Schaltstrecke
befindlichen Schaltkontaktstücken erfolgt eine Bewegung
des Abströmkanals. Vorteilhaft sollte eine Synchronisierung der
Relativbewegung der Schaltkontaktstücke während
eines Schaltvorganges der Schaltgeräteanordnung und der
Bewegung des Abströmkanals vorgesehen sein. Ist eine Schaltgasaustrittöffnung
in Abhängigkeit einer Bewegung des Abströmkanals
verdämmbar, so kann eine gezielte Freigabe des Abströmkanals
in Abhängigkeit des Voranschreitens eines Schaltvorganges
erfolgen. So kann beispielsweise erreicht werden, dass ein Lichtbogen
gezündet wird, ohne zunächst ein Abströmen
von Schaltgasen durch den Abströmkanal zuzulassen. Dadurch
kann Schaltgas zwischengespeichert und mit erhöhtem Druck
beaufschlagt werden. Mit zunehmendem Voranschreiten der Schaltbewegung
kann darauf folgend eine Freigabe der Schaltgasaustrittöffnung
vorgesehen sein. Dadurch ist es möglich, zunächst
ein Zwischenspeichern von Schaltgasen beispielsweise im Bereich
der Schaltstrecke oder auch innerhalb des Abströmkanals
vorzusehen und erst zu einem geeigneten Zeitpunkt eine Freigabe
der Schaltgasaustrittsöffnung vorzunehmen. Die Schaltstrecke
kann beispielsweise von einer zumindest ein Schaltkontaktstück
teilweise umgebenden Isolierstoffdüse begrenzt sein.
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Ein
wegabhängiges Verdämmen bzw. Freigeben einer Schaltgasaustrittsöffnung
kann mit robusten mechanischen Mitteln realisiert werden. Bei einer
Synchronisierung der Bewegung des Abströmkanals und der
Relativbewegung zwischen Schaltkontaktstücken können
Zeitpunkte eines Verdämmens und eines Freigebens der Schaltgasaustrittsöffnung
festgelegt werden. Weiter kann beispielsweise vorgesehen sein, dass
die Bewegung des Abströmkanals genutzt wird, um ein Verschlusselement anzutreiben.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung kann dabei vorsehen, dass die Abströmöffnung
zu Beginn einer Bewegung verdämmt ist.
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Eine
Bewegung des Abströmkanals kann beispielsweise während
eines Einschalt- und/oder Ausschaltvorganges der Schaltgeräteanordnung
erfolgen. Zu Beginn einer Bewegung des Abströmkanals ist
typischerweise eine Relativbewegung zwischen den Kontaktstücken
der Schaltstrecke nur bedingt vorangeschritten. Gegebenenfalls ist
eine galvanische Trennung der relativ zueinander bewegbaren Schaltkontaktstücke
noch nicht eingetreten bzw. eine Kontaktierung noch nicht erfolgt.
Dadurch ist es möglich, beispielsweise mit dem Beginn des
Zündens eines Lichtbogens bei einem Schaltvorgang zunächst
den Schaltgasdruck durch das Verdämmen der Schaltgasaustrittsöffnung
des Abströmkanals zu erhöhen. So ist die Möglichkeit
geschaffen, selbst bei leistungsschwachen Lichtbögen, welche
nur kleine Schaltgasvolumina generieren, ein ausreichendes Schaltgasvolumen
vorzuspannen und erst nach einem Voranschreiten der Bewegung des
Abströmkanals bzw. der Relativbewegung der Schaltkontaktstücke
eine Schaltgasaustrittsöffnung freizugeben. Das vorgespannte
unter erhöhtem Druck stehende Schaltgas kann verbessert
aus der Schaltstrecke fortgeführt werden und eine verbesserte
Kühlung des Lichtbogens bzw. Spülung der Schaltstrecke
bewirken.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Schaltgasaustrittsöffnung
zum Ende einer Bewegung verdämmt ist.
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Bei
einem Ausschaltvorgang kann der Lichtbogen zum Ende der Relativbewegung
zwischen den Schaltkontaktstücken der Schaltstrecke kurz
vor seinem Erlöschen stehen. Um das Erlöschen
zu fördern kann es vorteilhaft sein, Schaltgase auf alternativen Wegen
aus der Schaltstrecke abzuleiten. Dazu kann es vorteilhaft sein,
zum Ende einer Bewegung des Abströmkanals die Schaltgasausströmöffnung
eines Abströmkanals zu verdämmen. So kann beispielsweise
eine Umkehr der Strömungsrichtung von Schaltgasen im Bereich
der Schaltstrecke hervorgerufen werden bzw. kann kurz vor dem Verlöschen
eines Lichtbogens und der damit einhergehenden Verringerung dessen
thermischer Leistung, welche zur Generierung von Schaltgas nötig
ist, ein Schaltgasvolumen nochmals zwischengespeichert werden, um es
gegebenenfalls sprungartig abströmen zu lassen. Eine Bewegung
kann beispielsweise eine translatorische Bewegung des Abströmkanals
sein. Dabei kann eine Bewegung einem Einschaltvorgang oder einem Ausschaltvorgang
zugeordnet sein.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass ein relativ
zur Schaltstrecke ortsfestes Verschlusselement die Schaltgasaustrittsöffnung verdämmt.
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Die
Schaltstrecke ist beispielsweise von einer Schaltkammer begrenzt,
in welche die Kontaktstücke hineinragen. Bezogen auf die
Schaltgeräteanordnung ist die Schaltstrecke örtlich
begrenzt. Ein relativ zur Schaltstrecke ortsfestes Verschlusselement bietet
den Vorteil, dass eine Bewegung des Verschlusselementes nicht notwendig
ist. Somit sind zusätzliche bewegte Massen an der Schaltgeräteanordnung
vermieden. Aufgrund der ortsfesten Lagerung des Verschlusselementes
sind Risiken eines Verschleißes an dem Verschlusselement
vermindert. Das Verschlusselement kann beispielsweise auch innerhalb
des Abströmkanals liegend angeordnet sein. Weiter kann
das Verschlusselement beispielsweise den bewegbaren Abströmkanal
lagern. Ein zwangsgeführtes Verdämmen einer Abströmöffnung
weist den Vorteil auf, dass der Verdämmzeitpunkt fest mit einem
Voranschreiten der Bewegung des Abströmkanals koppelbar
ist. Unabhängig von weiteren Randbedingungen ist in diesem
Falle das Verdämmen mit einem Voranschreiten einer Bewegung
gekoppelt.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Verschlusselement den
Abströmkanal hülsenartig umgreift.
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Ein
hülsenartiges Umgreifen gestattet die Nutzung von robusten
Baugruppen, um eine Schaltgasaustrittsöffnung zu verdämmen.
Beispielsweise kann das Verschlusselement derart ausgestaltet sein,
dass es eine Führung des Abströmkanals ermöglicht.
Dabei können die eingesetzten Materialien für
das Verschlusselement verschiedenartig gewählt sein. So
kann beispielsweise vorgesehen sein, das Verschlusselement elektrisch
leitend oder elektrisch isolierend auszugestalten.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Verschlusselement rohrartig
geformt ist und zumindest zwei unterschiedliche Querschnitte aufweist.
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Die
Verwendung von rohrartigen Verschlusselementen mit zumindest zwei
unterschiedlichen Querschnitten ermöglicht es, eine verbesserte
Steuerung des Abströmens von Schaltgasen vorzusehen. So
ist es beispielsweise möglich, dass ein erweiterter Abschnitt
des Verschlusselementes als Zwischenspeicher für Schaltgase
dient und verengte Bereiche des Verschlusselementes ein Verdämmen
der Schaltgasaustrittsöffnung bewirken. So können
beispielsweise auch Abfolgen von Abschnitten größeren und
geringeren Querschnittes vorgesehen sein, die in Abhängigkeit
des Voranschreitens einer Bewegung des Abströmkanals die
Schaltgasaustrittsöffnung unmittelbar verdämmen
sowie ein Austreten des Schaltgases aus dem Abströmkanal
zulassen und gegebenenfalls eine mittelbare Verdämmung
einer Schaltgasaustrittsöffnung bewirken. Bei einer mittelbaren
Verdämmung kann beispielsweise ein Gaspolster ein Ausströmen
von Schaltgas dämmen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei
zeigt die
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1 einen
Ausschnitt einer Schaltgeräteanordnung mit einem Abströmkanal
in einer ersten Ausgestaltungsvariante und die
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2 einen
Ausschnitt einer Schaltgeräteanordnung mit einem Abströmkanal
in einer zweiten Ausgestaltungsvariante.
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Die
1 und
2 zeigen
jeweils Ausschnitte aus Schaltgeräteanordnungen. Der prinzipielle
Aufbau einer Unterbrecher einheit einer derartigen Schaltgeräteanordnung
ist beispielsweise der europäischen Patentschrift
EP 1 226 597 B1 ,
1 sowie
zugehörige Figurenbeschreibung entnehmbar. Weitere Ausführungen
beziehen sich auf eine gattungsgemäße Unterbrechereinheit
der vorstehend benannten europäischen Patentschrift.
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Die 1 zeigt
einen Ausschnitt einer Schaltgeräteanordnung 1 in
einer ersten Ausgestaltungsvariante. Die Schaltgeräteanordnung 1 weist ein
erstes Schaltkontaktstück 2 sowie ein zweites Schaltkontaktstück 3 auf.
Die beiden Schaltkontaktstücke 2, 3 sind
einander koaxial gegenüberstehend angeordnet und relativ
zueinander bewegbar. Im vorliegenden Falle ist das zweite Schaltkontaktstück 3 als
ortsfestes Schaltkontaktstück ausgestaltet. Das erste Schaltkontaktstück 2 ist
bewegbar ausgestaltet. Im Bereich der beiden Schaltkontaktstücken 2, 3 ist die
Schaltstrecke 4 ausgebildet. Die Schaltkontaktstücke 2, 3 ragen
in eine die Schaltstrecke begrenzende Schaltkammer 4a hinein.
Die Schaltkammer 4a ist von einem Abschnitt der Schaltgeräteanordnung 1 mittels
einer Barriere 4b abgetrennt.
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Die
Schaltkontaktstücke 2, 3 sind beispielsweise
Lichtbogenkontaktstücke einer druckgasisolierten Unterbrechereinheit.
Das erste Schaltkontaktstück 2 ist seiner Struktur
nach rohrförmig ausgebildet. An das erste Schaltkontaktstück 2 schließt
sich ein Abströmkanal 5 an. Über den
Abströmkanal 5 ist die Schaltkammer 4a mit
dem mittels der Barriere 4b abgetrennten Abschnitt der
Schaltgeräteanordnung 1 verbindbar. Am von der
Schaltstrecke 4 abgewandten Ende des Abströmkanals 5 ist
ein Armaturkörper 6 vorgesehen. Der Armaturkörper 6 ist
winkelsteif mit dem Abströmkanal 5 verbunden und
dient der Ankoppelung einer Antriebsstange 7. Die Antriebsstange 7 ist
Teil einer kinematischen Kette, welche einem Bewegen des ersten
Kontaktstückes 2 dient. Im Bereich des Armaturkörpers 6 sind
radial am Umfang des Abströmkanals 5 verteilt
Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b angeordnet.
Um eine Lenkung von aus dem Bereich der Schaltstrecke 4 abströmenden
Schaltgasen in den Bereich der Austrittsöffnungen 8a, 8b zu erleichtern,
weist der Armaturkörper 6 Umlenkflächen
auf. Zur Führung des ersten Kontaktstückes 2 ist
ein hülsenartiges Verschlusselement 9 vorgesehen.
Das Verschlusselement 9 weist einen ersten Abschnitt auf,
welcher einen gegenüber einem zweiten Abschnitt verringerten
Querschnitt aufweist. Der erste Abschnitt dient einer gleitenden
Lagerung des Abströmkanals 5 und einer Verdämmung
der Abströmöffnungen 8a, 8b.
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Im
Folgenden soll die Wirkungsweise des Verschlusselementes 9 während
eines Ausschaltvorganges beschrieben werden. In der 1 ist
eine Lage der Schaltkontaktstücke 2, 3 dargestellt,
welche kurz nach dem Beginn einer Ausschaltbewegung vorliegt. Die
Kontaktstücke 2, 3 befinden sich zu diesem
Zeitpunkt nicht mehr in galvanischem Kontakt. Zwischen den Schaltkontaktstücken 2, 3 ist
ein Lichtbogen 10 gezündet. Der Lichtbogen 10 generiert
und expandiert aufgrund seiner thermischen Wirkung Schaltgas im
Bereich der Schaltstrecke 4. Das Schaltgas strömt
auch in den Abströmkanal 5 hinein. Aufgrund der
weggesteuerten Verdämmung der Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b sind
diese zu diesem Zeitpunkt noch verdämmt. Je nach Variation
der Länge der querschnittsgeringeren bzw. der querschnittsgrößeren
Abschnitte des Verschlusselementes 9 kann die Dauer des
Verdämmens der Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b variiert
werden. Mit einem weiteren Voranschreiten der Bewegung des ersten
Kontaktstückes 2 in Richtung des Pfeiles 11 expandiert
der Lichtbogen 10 weiteres Schaltgas unter anderem auch
in den Abströmkanal 5 hinein. Dadurch erhöht
sich der Druck des Schaltgases im Bereich der Schaltstrecke 4 sowie
im Bereich des Abströmkanals 5. Mit einem Voranschreiten
der Bewegung in Richtung des Pfeiles 11 erreichen die Schaltgasaus strömöffnungen 8a, 8b zu
einem späteren Zeitpunkt den Abschnitt des Verschlusselementes 9, welcher
einen vergrößerten Querschnitt aufweist. Mit Erreichen
dieses Abschnittes können die unter erhöhtem Druck
stehenden Schaltgase durch den Abströmkanal 5 und
die Schaltgasausströmöffnungen 8a, 8b hindurch
aus der Schaltstrecke 4 abströmen.
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Durch
das Verdämmen der Schaltgasausströmöffnungen 8a, 8b zu
Beginn einer Bewegung des Abströmkanals ist eine Möglichkeit
gegeben, im Bereich der Schaltstrecke 4 zunächst
einen erhöhten Schaltgasdruck aufzubauen. Auch bei energieschwächeren
Lichtbögen 10 steht ein ausreichendes Zeitintervall
zum Aufbau eines ausreichenden Schaltgasdruckes zur Verfügung,
um nach Freigabe der Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b eine
hinreichende Störung im Bereich der Schaltstrecke 4 zu
erzeugen, wodurch eine gute Kühlung des Lichtbogens 10 ermöglicht
ist.
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In
der 2 ist ein Ausschnitt einer alternativen Variante
einer Schaltgeräteanordnung 1a dargestellt. Ein
erstes Schaltkontaktstück 2 und ein zweites Schaltkontaktstück 3 sind
wiederum einander koaxial gegenüberstehend angeordnet,
wobei das zweite Schaltkontaktstück 3 ortsfest
ausgestaltet ist und das erste Schaltkontaktstück 2 mittels
einer Antriebsstange 7 sowie eines Armaturkörpers 6 bewegbar
ist. Die 2 zeigt einen Zustand der Schaltgeräteanordnung
zum Ende einer (Ausschalt)Bewegung bzw. zu Beginn einer (Einschalt)Bewegung
des Abströmkanals 5. Der Abströmkanal 5 ist
wiederum von einem hülsenartigen Verschlusselement 9a umgeben.
Hinsichtlich der Ausgestaltung der Schaltstrecke 4 bzw. Schaltkammer 4a wird
auf die Beschreibung zu der 1 verwiesen.
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Im
vorliegenden Fall weist das hülsenartige Verschlusselement 9a einen
Abschnitt mit einem verringerten Querschnitt auf, welcher Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b des
Abströmkanals 5 zu Beginn einer (Ausschalt)Bewegung
bzw. zum Ende einer (Einschalt)Bewegung verdämmt. Weiterhin
weist das Verschlusselement 9a einen querschnittsgrößeren Abschnitt
auf. Bei einer Positionierung der Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b in
diesem Bereich ist eine Verdämmung der Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b aufgehoben
und Schaltgase, welche von der Schaltstrecke 4 durch den
Abströmkanal in Richtung der Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b strömen,
können durch die Schaltgasaustrittsöffnungen 8a, 8b ausströmen.
Weiterhin weist das Verschlusselement 9a einen weiteren
querschnittsverminderten ringförmigen Abschnitt 12 auf.
Im ringförmigen Abschnitt 12 ist das Verschlusselement 9a zusätzlich
mit einem Ring ausgestattet, welcher zum einen einer Führung
des Abströmkanals 5 dient und zum anderen eine
Verdämmung der Schaltgasausströmöffnungen 8a, 8b bewirkt.
Somit ist es beispielsweise möglich, zwischen dem Ende
und dem Beginn einer Bewegung ein Abströmen von Schaltgasen
durch den Abströmkanal 5 zu ermöglichen
und zum Ende und zum Beginn einer Bewegung des Abströmkanals 5 ein
Abströmen von Schaltgasen durch den Abströmkanal 5 zu
verhindern. Somit ist beispielsweise die Möglichkeit gegeben,
gezielt im Bereich der Schaltstrecke 4 Schaltgas zu generieren.
Gegebenenfalls können weitere Kanäle eröffnet
werden, die ein Abströmen von Schaltgasen in alternative
Richtungen gewähren.
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Neben
den in den 1 und 2 gezeigten
Ausgestaltungsvarianten können auch weitere Varianten vorgesehen
sein. So kann beispielsweise ein Verschlusselement in verschiedenartigen
Abfolgen von querschnittsgrößeren und querschnittskleineren
Abschnitten ausgeformt sein. Darüber hinaus können
auch alternative Positionen von Verschlusselemente vorgesehen sein.
So kann beispielsweise ein Verschlusselement auch im Innern eines
Abströmkanals 5 angeordnet sein und weggesteuert Schaltgasausströmöffnungen
verdämmen bzw. freigeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1226597
B1 [0002, 0024]