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Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere einen Hochspannungsleistungsschalter, mit drei Schaltstangen, von denen jede entlang ihrer Längsachse zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes des Leistungsschalters beweglich ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen Leistungsschalter mit drei Schaltkontakten, die jeweils durch Bewegen einer Schaltstange getrennt und geschlossen werden. Mit jeder Schaltstange ist dazu eine erste Kontaktelektrode verbunden, die mit der Schaltstange zum Schließen des Schaltkontaktes zu einer festen zweiten Kontaktelektrode bewegt und zum Trennen des Schaltkontaktes von der zweiten Kontaktelektrode getrennt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen als gekapselten Vakuumschalter ausgebildeten derartigen Leistungsschalter, bei dem die Schaltstangen durch einen Gasraum geführt sind.
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Aus der
DE 195 24 636 C1 ist ein mehrphasiger Hochspannungsschalter bekannt, welcher ein synchrones Schalten von drei Schalterpolen ermöglicht. Das synchrone Schalten wird mittels drei Antriebsstangen, mehreren Verbindungsstangen und mittels Hebeln erreicht, wobei die Elemente nicht gleich zueinander angeordnet sind und/oder die Länge der Elemente nicht für alle Schalterpole gleich ist. Der Aufbau ist komplex und durch den komplexen Aufbau ist das Schalten des Hochspannungsschalters fehleranfällig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Leistungsschalter mit drei Schaltstangen, von denen jede zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes beweglich ist, anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfasst drei zueinander parallele Schaltstangen, von denen jede entlang ihrer Längsachse zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes des Leistungsschalters beweglich ist, einen Gemeinschaftsantrieb zum gleichzeitigen Bewegen der drei Schaltstangen, und ein Getriebe zur Kopplung der Schaltstangen an den Gemeinschaftsantrieb. Das Getriebe umfasst eine Antriebsstange, die von dem Gemeinschaftsantrieb bewegt wird, und eine mit der Antriebsstange über ein Drehgelenk verbundene Koppelstange. Eine erste Schaltstange ist über einen zweiseitigen ersten Hebel, der um eine feste Achse drehbar gelagert ist und einen mit der Koppelstange über ein Drehgelenk verbundenen ersten Hebelarm aufweist, mit der Koppelstange verbunden und durch die Koppelstange bewegbar. Eine zweite Schaltstange und die dritte Schaltstange sind über eine Welle, die eine feststehende Längsachse aufweist und um ihre Längsachse drehbar gelagert ist, mit der Koppelstange verbunden und durch die Koppelstange bewegbar. Die Welle ist an einem von der Antriebsstange abgewandten Ende der Koppelstange angeordnet und mittig mit der Koppelstange verbunden, und die zweite Schaltstange und die dritte Schaltstange sind an sich gegenüberliegenden Enden der Welle angeordnet.
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Das Getriebe des Leistungsschalters bildet eine kurze kinematische Kette für den Antrieb der Schaltstangen mit einer geringen Elastizität, wodurch vorteilhaft eine relativ geringe Antriebsenergie insbesondere für ein Trennen von Schaltkontakten benötigt wird.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Längsachse der Antriebsstange nicht parallel zu den Längsachsen der Schaltstangen ist, und dass die feste Achse des ersten Hebels und die Längsachse der Welle senkrecht zu der Längsachse der Antriebsstange und den Längsachsen der Schaltstangen sind. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine bauraumsparende Umlenkung der Bewegungsrichtung der Antriebsstange in davon abweichende Bewegungsrichtungen der Schaltstangen über den ersten Hebel und die Welle.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Schaltstange über eine erste Koppel mit dem ersten Hebel verbunden ist, wobei die erste Koppel über jeweils ein Drehgelenk mit dem zweiten Hebelarm des ersten Hebels und der ersten Schaltstange verbunden ist. Die erste Koppel ermöglicht dabei vorteilhaft eine Entkopplung der Bewegungsrichtung der ersten Schaltstange von der Bewegung des ersten Hebels.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Welle über einen zweiten Hebel mit der Koppelstange verbunden ist, wobei der zweite Hebel fest mit der Welle und über ein Drehgelenk mit der Koppelstange verbunden ist. Der zweite Hebel ermöglicht, in einfacher Weise Drehungen der Welle aus translatorischen Bewegungen der Koppelstange zu erzeugen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Schaltstange und die dritte Schaltstange jeweils über eine zweite Koppel und einen Schalthebel mit der Welle verbunden sind, wobei jeder Schalthebel fest mit der Welle und über ein Drehgelenk mit einer zweiten Koppel verbunden ist und die zweite Schaltstange und die dritte Schaltstange jeweils über ein Drehgelenk mit einer zweiten Koppel verbunden sind. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, in einfacher Weise translatorische Bewegungen der zweiten Schaltstange und der dritten Schaltstange aus Drehungen der Welle zu erzeugen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltstangen durch einen von dem Getriebe beabstandeten Gasbehälter geführt sind, wobei der Gasbehälter für jede Schaltstange eine Schaltstangenführung aufweist, in der die Schaltstange geführt ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, die Schaltstangen durch einen Gasbehälter, insbesondere für ein Isoliergas, zu führen, wobei das Getriebe außerhalb des Gasbehälters angeordnet ist. Dadurch lässt sich das Getriebe einstellen, ohne den Gasbehälter öffnen und evakuieren zu müssen.
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Eine Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein in einer Schaltstangenführung verlaufender Schaltstangenabschnitt jeder Schaltstange gasdicht von einem Faltenbalg umgeben ist, der ein erstes Faltenbalgende, das fest mit der Schaltstangenführung verbunden ist, und ein dem ersten Faltenbalgende gegenüberliegendes zweites Faltenbalgende, das fest mit einem dem Getriebe zugewandten Schaltstangenkopf der Schaltstange verbunden ist, aufweist. Beispielsweise ist jeder Faltenbalg aus einem metallischen Material gefertigt. Der Schaltstangenkopf jeder Schaltstange ist ebenfalls beispielsweise aus einem metallischen Material gefertigt. Faltenbälge ermöglichen vorteilhaft eine Abdichtung des Gasraums in dem Gasbehälter in Anwesenheit der beweglichen Schaltstangen. Eine metallische Ausführung der Faltenbälge und/oder der Schaltstangenköpfe erhöht vorteilhaft deren Stabilität und ermöglicht deren stabile Verbindung beispielsweise durch Löt- oder Schweißverbindungen.
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In dem Gasbehälter kann ferner eine Vakuumschaltkammer angeordnet sein, in der mit den Schaltstangen bewegbare Kontaktelektroden von Schaltkontakten des Leistungsschalters angeordnet sind. Diese Weitergestaltung der Erfindung ist also auf einen als Vakuumschalter ausgebildeten Leistungsschalter gerichtet.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein sich an den Schaltstangenkopf anschließender Teil jeder Schaltstange als ein Schaltstangenrohr, insbesondere als ein Kunststoffrohr, ausgebildet ist. Gegenüber einer massiven Ausführung der Schaltstangen kann dadurch die Masse der Schaltstangen reduziert werden, wodurch vorteilhaft die zum Antrieb der Schaltstangen erforderliche Antriebsenergie reduziert und/oder die Schaltgeschwindigkeit des Leistungsschalters erhöht werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gemeinschaftsantrieb als ein Federspeicherantrieb ausgebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft ein schneller und zuverlässiger Antrieb der Schaltstangen ermöglicht.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Getriebegehäuse vor, an dem die Welle und die Achse gelagert sind. Ferner kann auch der Gemeinschaftsantrieb an dem Getriebegehäuse befestigt werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die erste Schaltstange zwischen der Antriebsstange und der Welle angeordnet ist. Diese Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen eine kompakte und dadurch bauraumsparende Anordnung der Schaltstangen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Leistungsschalters,
- 2 eine Draufsicht auf einen Leistungsschalter, und
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt der 1.
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Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Leistungsschalter 1 in einer ausschnittsweisen Seitenansicht, wobei der Leistungsschalter 1 teilweise aufgebrochen und geschnitten dargestellt ist. 2 zeigt eine Draufsicht auf den in 1 dargestellten Leistungsschalter 1. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der 1.
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Der Leistungsschalter 1 umfasst drei zueinander parallele Schaltstangen 3, 4, 5. Jede Schaltstange 3, 4, 5 ist entlang ihrer Längsachse beweglich, um das Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes des Leistungsschalters 1 zu bewirken. Der Leistungsschalter 1 umfasst ferner einen Gemeinschaftsantrieb 7 zum gleichzeitigen Bewegen der drei Schaltstangen 3, 4, 5 und ein Getriebe 9 zur Kopplung der Schaltstangen 3, 4, 5 an den Gemeinschaftsantrieb 7. Das Getriebe 9 umfasst eine Antriebsstange 11, die von dem Gemeinschaftsantrieb 7 bewegt wird, und eine mit der Antriebsstange 11 über ein erstes Drehgelenk 13 verbundene Koppelstange 15.
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Eine erste Schaltstange 3 ist über einen zweiseitigen ersten Hebel 17 mit der Koppelstange 15 verbunden und durch die Koppelstange 15 bewegbar. Der erste Hebel 17 ist um eine feste Achse 19 drehbar gelagert und weist zwei zueinander abgewinkelte Hebelarme 21, 23 auf. Ein erster Hebelarm 21 des ersten Hebels 17 ist mit der Koppelstange 15 über ein zweites Drehgelenk 25 verbunden. Der zweite Hebelarm 23 des ersten Hebels 17 ist über eine erste Koppel 27 mit der ersten Schaltstange 3 verbunden. Dabei ist die erste Koppel 27 über ein drittes Drehgelenk 29 mit dem zweiten Hebelarm 23 des ersten Hebels 17 und über ein viertes Drehgelenk 31 mit der ersten Schaltstange 3 verbunden.
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Eine zweite Schaltstange 4 und die dritte Schaltstange 5 sind über eine Welle 33, die eine feststehende Längsachse aufweist und um ihre Längsachse drehbar gelagert ist, mit der Koppelstange 15 verbunden und durch die Koppelstange 15 bewegbar. Die Welle 33 ist dazu über einen zweiten Hebel 35 mit der Koppelstange 15 verbunden, wobei der zweite Hebel 35 fest mit der Welle 33 und über ein fünftes Drehgelenk 37 mit der Koppelstange 15 verbunden ist.
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Die zweite Schaltstange 4 und die dritte Schaltstange 5 sind jeweils über eine zweite Koppel 39 und einen Schalthebel 41 mit der Welle 33 verbunden. Dabei ist jeder Schalthebel 41 fest mit der Welle 33 und über ein sechstes Drehgelenk 43 mit der zweiten Koppel 39 verbunden. Die zweite Schaltstange 4 und die dritte Schaltstange 5 sind jeweils über ein siebtes Drehgelenk 45 mit einer zweiten Koppel 39 verbunden.
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Die Welle 33 ist an einem von der Antriebsstange 11 abgewandten Ende der Koppelstange 15 angeordnet und mittig mit der Koppelstange 15 verbunden. Die zweite Schaltstange 4 und die dritte Schaltstange 5 sind an sich gegenüber liegenden Enden der Welle 33 angeordnet. Die erste Schaltstange 3 ist zwischen der Antriebsstange 11 und der Welle 33 unterhalb der Koppelstange 15 angeordnet.
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Die Längsachse der Antriebsstange 11 ist wenigstens annähernd orthogonal zu den Längsachsen der Schaltstangen 3, 4, 5. Die feste Achse 19 und die Längsachse der Welle 33 sind zueinander parallel und senkrecht zu der Längsachse der Antriebsstange 11 und den Längsachsen der Schaltstangen 3, 4, 5. Die Drehgelenke 13, 25, 29, 31, 37, 43, 45 sind jeweils für Drehungen in einer zu der festen Achse 19 und der Längsachse der Welle 33 senkrechten Ebene ausgebildet.
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Der Leistungsschalter 1 umfasst ferner einen Gasbehälter 47, von dem in 1 nur ein Behälterdeckel mit einem Deckelflansch 49 dargestellt ist. Der Gasbehälter 47 ist unterhalb des Getriebes 9 angeordnet und mit einem Isoliergas befüllt. Die Schaltstangen 3, 4, 5 sind durch den Gasbehälter 47 geführt. Der Gasbehälter 47 weist für jede Schaltstange 3, 4, 5 eine topfartig ausgebildete Schaltstangenführung 51 auf, in der und aus der heraus die Schaltstange 3, 4, 5 geführt ist.
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Ein in der jeweiligen Schaltstangenführung 51 verlaufender Schaltstangenabschnitt jeder Schaltstange 3, 4, 5 ist gasdicht von einem Faltenbalg 53 umgeben. Ein erstes Faltenbalgende 53.1 des Faltenbalgs 53 ist fest mit der Schaltstangenführung 51, beispielsweise durch eine Löt- oder Schweißverbindung, verbunden. Das dem ersten Faltenbalgende 53.1 gegenüber liegende zweite Faltenbalgende 53.2 des Faltenbalgs 53 ist fest mit einem Schaltstangenkopf 55, der ein getriebeseitiges Ende der Schaltstange 3, 4, 5 bildet, beispielsweise durch eine Löt- oder Schweißverbindung, verbunden. Die Faltenbälge 53 sind beispielsweise jeweils aus einem metallischen Material gefertigt.
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3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von 1 im Bereich eines Schaltstangenkopfes 55. Der Schaltstangenkopf 55 ist aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Aluminium und im Bereich des zweiten Faltenbalgendes 53.2 aus einem Stahl, gefertigt.
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Ein sich an den Schaltstangenkopf 55 anschließender Teil jeder Schaltstange 3, 4, 5 ist als ein Schaltstangenrohr 57 ausgebildet, das beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt und an dem Schaltstangenkopf 55 durch eine Klebeverbindung befestigt ist. Dazu weist der Schaltstangenkopf 55 einen zu dem Schaltstangenrohr 57 gerichteten Kragen 56 auf, auf den ein Ende des Schaltstangenrohrs 57 gesteckt und mit dem das Schaltstangenrohr 57 verklebt ist.
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Zwischen dem Schaltstangenkopf 55 und einer Innenwand der Schaltstangenführung 51 ist ein Führungsring 58, beispielsweise ein PTFE-Ring (PTFE = Polytetrafluorethylen), angeordnet, über den der Schaltstangenkopf 55 an der Innenwand der Schaltstangenführung 51 geführt wird.
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Die Drehgelenke 31, 45, die jeweils eine Koppel 27, 39 mit einer Schaltstange 3, 4, 5 verbinden, umfassen jeweils eine fest mit dem Schaltstangenkopf 55 der jeweiligen Schaltstange 3, 4, 5 verbundene Gelenkgabel 59, in die die jeweilige Koppel 27, 39 hineinragt, und einen durch die Koppel 27, 39 geführten Gelenkbolzen 61, der mit der Gelenkgabel 59 verbunden ist.
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Die Welle 33 und die feste Achse 19 sind an einem Getriebegehäuse 63 gelagert, an dem auch der Gemeinschaftsantrieb 7 befestigt ist. Das Getriebegehäuse 63 ist beispielsweise als ein Gussgehäuse ausgeführt und nur in 1 schematisch angedeutet (dargestellt ist nur eine Seitenwand des Getriebegehäuses 63).
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Der Gemeinschaftsantrieb 7 ist beispielsweise in bekannter Weise als ein Federspeicherantrieb ausgebildet.
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Der Leistungsschalter 1 ist beispielsweise als ein Vakuumschalter mit einer innerhalb des Gasbehälters 47 angeordneten Vakuumschaltkammer ausgebildet. In diesem Fall erstrecken sich die Schaltstangen 3, 4, 5 zu der Vakuumschaltkammer und sind jeweils mit einer Kontaktelektrode verbunden, die innerhalb der Vakuumschaltkammer mit der jeweiligen Schaltstange 3, 4, 5 zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes bewegt wird.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leistungsschalter
- 3
- erste Schaltstange
- 4
- zweite Schaltstange
- 5
- dritte Schaltstange
- 7
- Gemeinschaftsantrieb
- 9
- Getriebe
- 11
- Antriebsstange
- 13
- erstes Drehgelenk
- 15
- Koppelstange
- 17
- erster Hebel
- 19
- feste Achse
- 21
- erster Hebelarm
- 23
- zweiter Hebelarm
- 25
- zweites Drehgelenk
- 27
- erste Koppel
- 29
- drittes Drehgelenk
- 31
- viertes Drehgelenk
- 33
- Welle
- 35
- zweiter Hebel
- 37
- fünftes Drehgelenk
- 39
- zweite Koppel
- 41
- Schalthebel
- 43
- sechstes Drehgelenk
- 45
- siebtes Drehgelenk
- 47
- Gasbehälter
- 49
- Deckelflansch
- 51
- Schaltstangenführung
- 53
- Faltenbalg
- 53.1
- erstes Faltenbalgende
- 53.2
- zweites Faltenbalgende
- 55
- Schaltstangenkopf
- 56
- Kragen
- 57
- Schaltstangenrohr
- 58
- Führungsring
- 59
- Gelenkgabel
- 61
- Gelenkbolzen
- 63
- Getriebegehäuse
