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Die Erfindung betrifft eine Schaltstange eines Antriebs eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Leistungsschalters.
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Viele elektrische Schalter weisen wenigstens ein bewegbares Schaltelement zum Öffnen und Schließen eines Strompfads auf, das durch einen Antrieb über eine Schaltstange zwischen einer ersten Schaltstellung, in der Strompfad geöffnet ist, und einer zweiten Schaltstellung, in der der Strompfad geschlossen ist, bewegbar ist. Insbesondere trifft dies auf viele Leistungsschalter zu. Leistungsschalter sind elektrische Schalter, die für hohe elektrische Ströme und Spannungen ausgelegt sind, um insbesondere hohe Überlastströme und Kurzschlussströme sicher abschalten zu können. Als Antriebe von Leistungsschaltern werden beispielsweise Motorantriebe und Federspeicherantriebe verwendet. Anforderungen an eine Schaltstange eines Antriebs eines elektrischen Schalters sind beispielsweise eine ausreichende mechanische Stabilität für die Übertragung einer von dem Antrieb erzeugten Kraft und eine geringe Masse, um wenig Antriebsenergie für das Bewegen der Schaltstange selbst aufbringen zu müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltstange eines Antriebs eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Leistungsschalters, anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltstange mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Antrieb eines Leistungsschalters mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Schaltstange eines Antriebs eines elektrischen Schalters umfasst ein aus einem Nichtleiter gefertigtes Isolatorrohr, eine metallische Endverstärkung, die einen in einem Endabschnitt des Isolatorrohres angeordneten ersten Abschnitt und einen aus dem Endabschnitt des Isolatorrohres herausragenden zweiten Abschnitt aufweist, und eine metallische Hülse mit einem außen an dem Endabschnitt des Isolatorrohres anliegenden ersten Hülsenabschnitt und einem an dem zweiten Abschnitt der Endverstärkung anliegenden zweiten Hülsenabschnitt. Dabei ist ein in dem Isolatorrohr angeordneter Endbereich der Endverstärkung konvex ausgebildet.
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Unter einem konvex ausgebildeten Endbereich der Endverstärkung wird ein Bereich der Endverstärkung verstanden, der ein Ende der Endverstärkung bildet und nach außen gewölbt ist, so dass Tangentialebenen an die Oberfläche des Endbereichs außerhalb des Endbereichs liegen.
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Die Endverstärkung und die Hülse bilden eine Fassung für ein Ende des Isolatorrohres, die die Schaltstange an diesem Ende verstärkt, um die Schaltstange dort mit einem Schaltelement des elektrischen Schalters zu verbinden. Da die Hülse an der Endverstärkung anliegt, ist sie über die Endverstärkung mit dem Schaltelement elektrisch verbunden, wenn auch die Endverstärkung mit dem Schaltelement verbunden ist. Dadurch wirkt das von dem Schaltelement abgewandte Hülsenende der Hülse als eine Elektrode, an der elektrische Feldlinien eines elektrischen Feldes zusammenlaufen, was zu einer hohen elektrischen Feldbelastung im Bereich des Hülsenendes führt. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Endverstärkung mit einem in dem Isolatorrohr angeordneten konvexen Endbereich wirkt dieser Feldbelastung entgegen, indem der Endbereich als eine das elektrische Feld homogenisierende und dessen Feldstärkemaxima reduzierende Elektrode wirkt. Dadurch kann der Abstand des Hülsenendes der Hülse zu elektrischen Isolierungen gegenüber einer Ausführung der Schaltstange ohne den konvexen Endbereich der Endverstärkung vorteilhaft reduziert werden, wodurch wiederum die Abmessungen, der Materialbedarf und die Masse des elektrischen Schalters reduziert werden können.
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Bei einer Ausgestaltung der Schaltstange weist der konvexe Endbereich der Endverstärkung die Form eines Kugelsegments auf, das rotationssymmetrisch um eine Symmetrieachse ist, die parallel zu einer Längsachse des Isolatorrohres verläuft. Diese Ausbildung des konvexen Endbereichs in Form eines Kugelsegments ist besonders bevorzugt, da sie der Konzentration der elektrischen Feldstärke im Bereich des Hülsenendes der Hülse besonders wirkungsvoll entgegenwirkt.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Schaltstange weist der erste Abschnitt der Endverstärkung einen an einem Innenoberflächenabschnitt einer Innenoberfläche des Isolatorrohres anliegenden ersten Abschnittsteil auf. Beispielsweise ist der erste Abschnittsteil mit dem Innenoberflächenabschnitt des Isolatorrohres verklebt. Dadurch kann die Endverstärkung vorteilhaft mit dem Isolatorrohr verbunden werden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Schaltstange weist der erste Abschnitt der Endverstärkung zwischen dem ersten Abschnittsteil und dem konvexen Endbereich einen zweiten Abschnittsteil auf, der eine kleinere Querschnittsfläche als der erste Abschnittsteil aufweist. Unter der Querschnittsfläche wird hier die Fläche eines Querschnitts in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Isolatorrohres verstanden. Diese Ausgestaltung der Schaltstange reduziert vorteilhaft die Masse der Schaltstange gegenüber einer Ausführung der Schaltstange, bei der sich der erste Abschnittsteil des ersten Abschnitts der Endverstärkung bis zu dem konvexen Endbereich hin erstreckt. Dadurch wird neben einer Einsparung von Material für die Herstellung der Schaltstange auch die zum Antrieb des elektrischen Schalters benötigte Energie reduziert.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Schaltstange ist der konvexe Endbereich der Endverstärkung im Bereich des Hülsenendes der Hülse angeordnet. Dadurch bildet der konvexe Endbereich eine Elektrode in der Nähe des Hülsenendes und wirkt der Konzentration der elektrischen Feldstärke im Bereich des Hülsenendes besonders wirkungsvoll entgegen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Schaltstange ist der erste Hülsenabschnitt der Hülse mit dem Endabschnitt des Isolatorrohres verklebt. Dadurch wird die Hülse vorteilhaft fest mit dem Isolatorrohr verbunden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Schaltstange ist der zweite Hülsenabschnitt kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem zweiten Abschnitt der Endverstärkung verbunden. Dadurch wird die Stabilität des die Endverstärkung und die Hülse aufweisenden Endes der Schaltstange vorteilhaft weiter erhöht.
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Bei weiteren Ausgestaltungen der Schaltstange sind die Endverstärkung und/oder die Hülse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einem Stahl gefertigt. Die Fertigung der Endverstärkung und/oder der Hülse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist aufgrund der relativ geringen Dichte von Aluminium vorteilhaft. Die Fertigung der Endverstärkung und/oder der Hülse aus Stahl ist bevorzugt, wenn die Schaltstange besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Schaltstange ist das Isolatorrohr aus einem Kunststoff oder einem Faser-Kunststoff-Verbund gefertigt. Dadurch kann eine kostengünstige Fertigung der Schaltstange in Leichtbauweise realisiert werden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Schaltstange weist die Endverstärkung an dem Übergang von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt eine Schulter auf, an der ein Rohrende des Isolatorrohres anschlägt. Dadurch kann vorteilhaft eine Position der Endverstärkung an dem Isolatorrohr definiert werden. Außerdem kann erreicht werden, dass die Außenoberflächen des Isolatorrohres und der Endverstärkung bündig aneinander anschließen, wodurch deren Verbinden mit der Hülse vereinfacht wird.
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Ein erfindungsgemäßer Antrieb eines Leistungsschalters weist eine erfindungsgemäße Schaltstange auf, deren Endverstärkung an ein Schaltelement des Leistungsschalters gekoppelt ist.
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Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter weist einen erfindungsgemäßen Antrieb auf.
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Die Vorteile eines erfindungsgemäßen Antriebs eines Leistungsschalters und eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters ergeben sich aus den oben genannten Vorteilen einer erfindungsgemäßen Schaltstange.
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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 der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt die einzige Figur eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Leistungsschalters 1 im Bereich einer Schaltstange 3 eines Antriebs 5 des Leistungsschalters 1.
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Der Leistungsschalter 1 ist gasisoliert ausgeführt und weist ein Gehäuse 7 auf, in dem die Schaltstange 3 und eine Schaltkammer 9 angeordnet sind. Die Schaltkammer 9 ist mit einem Isoliergas befüllbar, beispielsweise mit Schwefelhexafluorid.
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Die Schaltstange 3 erstreckt sich von einem Gehäuseendbereich 11 in die Schaltkammer 9 hinein. Die Schaltstange 3 umfasst ein Isolatorrohr 13 und zwei Endverstärkungen 15, 17, die jeweils an einem Ende des Isolatorrohres 13 angeordnet sind. Eine schaltkammerseitige erste Endverstärkung 15 ist an ein in der Schaltkammer 9 angeordnetes Schaltelement 19 gekoppelt, das zum Öffnen und Schließen eines Strompfads durch den Antrieb 5 zwischen zwei Schaltstellungen bewegbar ist. Die zweite Endverstärkung 17 ist an einen Antriebshebel 21 des Antriebs 5 gekoppelt. Der Antriebshebel 21 ist an einer Antriebswelle 23 des Antriebs 5 angeordnet. Die Antriebswelle 23 ist durch eine nicht dargestellte Antriebseinheit des Antriebs 5 antreibbar, beispielsweise durch eine Antriebseinheit mit einem Motor oder einer Speicherfeder.
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Das Isolatorrohr 13 ist aus einem Nichtleiter gefertigt, beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Faser-Kunststoff-Verbund.
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Die Endverstärkung 15 ist metallisch ausgeführt. Beispielsweise ist die Endverstärkung 15 aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem Stahl gefertigt. Die Endverstärkung 15 weist einen in einem Endabschnitt 25 des Isolatorrohres 13 angeordneten ersten Abschnitt 27 und einen aus dem Endabschnitt 25 des Isolatorrohres 13 herausragenden zweiten Abschnitt 29 auf.
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Der erste Abschnitt 27 der Endverstärkung 15 weist einen ersten Abschnittsteil 27.1, einen zweiten Abschnittsteil 27.2 und einen Endbereich 27.3 auf. Der erste Abschnittsteil 27.1 liegt an einem Innenoberflächenabschnitt einer Innenoberfläche des Isolatorrohres 13 an und ist mit diesem Innenoberflächenabschnitt verklebt. Der erste Abschnittsteil 27.1 erstreckt sich von einem schaltkammerseitigen ersten Rohrende 31 des Isolatorrohres 13 bis zu dem zweiten Abschnittsteil 27.2. Der zweite Abschnittsteil 27.2 weist eine kleinere Querschnittsfläche als der erste Abschnittsteil 27.1 auf und ist von der Innenoberfläche des Isolatorrohres 13 beabstandet. Der Endbereich 27.3 schließt sich an den zweiten Abschnittsteil 27.2 an und weist die Form eines Kugelsegments auf, das rotationssymmetrisch um eine Symmetrieachse ist, die parallel zu einer Längsachse des Isolatorrohres 13 verläuft.
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Der zweite Abschnitt 29 der Endverstärkung 15 erstreckt sich von dem Rohrende 31 in die Schaltkammer 9 hinein und ist über ein erstes Gelenk 33 mit dem Schaltelement 19 verbunden. Der zweite Abschnitt 29 der Endverstärkung 15 grenzt an dem Rohrende 31 an den ersten Abschnittsteil 27.1 des ersten Abschnitts 27 und weist dort eine Querschnittsfläche auf, die um die Rohrdicke des Isolatorrohr 13 gegenüber der Querschnittsfläche des ersten Abschnittsteils 27.1 des ersten Abschnitts 27 vergrößert ist. Dadurch weist die Endverstärkung 15 an dem Übergang von dem ersten Abschnitt 27 zu dem zweiten Abschnitt 29 eine Schulter 35 auf, an der das Rohrende 31 anschlägt.
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Um den Endabschnitt 25 des Isolatorrohres 13 und einen Teil des zweiten Abschnitts 29 der Endverstärkung 15 herum ist eine metallische Hülse 37 mit einem ersten Hülsenabschnitt 37.1 und einem zweiten Hülsenabschnitt 37.2 angeordnet. Der erste Hülsenabschnitt 37.1 liegt außen an dem Endabschnitt 25 des Isolatorrohres 13 an und ist mit dem Endabschnitt 25 verklebt. Der zweite Hülsenabschnitt 37.2 liegt an dem zweiten Abschnitt 29 der Endverstärkung 15 an und ist mit diesem kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Die Hülse 37 ist beispielsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem Stahl gefertigt.
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Der Endbereich 27.3 der Endverstärkung 15 ist im Bereich eines Hülsenendes 37.3 der Hülse 37 angeordnet. Da die Hülse 37 über die Endverstärkung 15 mit dem Schaltelement 19 elektrisch verbunden ist, wirkt das Hülsenende 37.3 als eine Elektrode, an der elektrische Feldlinien eines elektrischen Feldes zusammenlaufen, was zu einer hohen elektrischen Feldbelastung führt. Der Endbereich 27.3 der Endverstärkung 15 wirkt als eine Elektrode, die durch ihre Kugelsegmentform dieser Feldbelastung entgegenwirkt, indem sie das elektrische Feld homogenisiert und dessen Feldstärkemaxima reduziert. Dadurch kann der Abstand des Hülsenendes 37.3 zu elektrischen Isolierungen gegenüber einer Ausführung der Schaltstange 13 ohne die durch die von dem Endbereich 27.3 gebildete Elektrode vorteilhaft reduziert werden, wodurch wiederum die Abmessungen, der Materialbedarf und die Masse des Leistungsschalters 1 reduziert werden können.
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Die Endverstärkung 15 ist durch eine Schaltkammeröffnung 39 der Schaltkammer 9 geführt. In der Schaltkammeröffnung 39 ist eine trichterförmige Dichtung 41 angeordnet. Die Dichtung 41 weist eine Dichtungsöffnung 43 auf, deren Berandung an der Außenoberfläche der Hülse 37 anliegt. Bei einer Bewegung der Schaltstange 13 gleitet die Hülse 37 an der Berandung der Dichtungsöffnung 43 entlang. Die Dichtung 41 dichtet die Schaltkammeröffnung 39 gegen ein Austreten von Isoliergas aus der Schaltkammer 9 ab.
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Die zweite Endverstärkung 17 weist einen Zapfen 17.1, der in das Isolatorrohr 13 hinragt, und einen Kopf 17.2, der sich von einem hebelseitigen zweiten Rohrende 45 des Isolatorrohres 13 zu dem Antriebshebel 21 hin erstreckt, auf. Der Zapfen 17.1 liegt analog zu dem ersten Endbereich 27.1 der ersten Endverstärkung 15 an einem Innenoberflächenabschnitt einer Innenoberfläche des Isolatorrohres 13 an und ist mit diesem Innenoberflächenabschnitt verklebt. Der Kopf 17.2 ist über ein zweites Gelenk 47 an den Antriebshebel 21 gekoppelt. In der zweiten Endverstärkung 17 verläuft ein Gasauslasskanal 49 zu einem Gasauslass 51. Durch den Gasauslasskanal 49 kann ein Gas aus dem Inneren des Isolatorrohres 13 in den Gehäuseendbereich 11 des Gehäuses 7 entweichen, um erforderlichenfalls einen Überdruck in dem Isolatorrohr 13 abzubauen. Die zweite Endverstärkung 17 ist ebenfalls metallisch ausgeführt und beispielsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem Stahl gefertigt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel 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
- Schaltstange
- 5
- Antrieb
- 7
- Gehäuse
- 9
- Schaltkammer
- 11
- Gehäuseendbereich
- 13
- Isolatorrohr
- 15
- erste Endverstärkung
- 17
- zweite Endverstärkung
- 17.1
- Zapfen
- 17.2
- Kopf
- 19
- Schaltelement
- 21
- Antriebshhebel
- 23
- Antriebswelle
- 25
- Endabschnitt
- 27
- erster Abschnitt
- 27.1
- erster Abschnittsteil
- 27.2
- zweiter Abschnittsteil
- 27.3
- Endbereich
- 29
- zweiter Abschnitt
- 31
- erstes Rohrende
- 33
- erstes Gelenk
- 35
- Schulter
- 37
- Hülse
- 37.1
- erster Hülsenabschnitt
- 37.2
- zweiter Hülsenabschnitt
- 39
- Schaltkammeröffnung
- 41
- Dichtung
- 43
- Dichtungsöffnung
- 45
- zweites Rohrende
- 47
- zweites Gelenk
- 49
- Gasauslasskanal
- 51
- Gasauslass
