-
Die Erfindung betrifft eine Stromunterbrechervorrichtung mit mehreren Schalteinheiten, die jeweils wenigstens ein bewegbares Schaltelement aufweisen.
-
Beispielsweise ist die Stromunterbrechervorrichtung ein Leistungsschalter mit mehreren Schalteinheiten, die auch als Unterbrechereinheiten bezeichnet werden. Um die Schaltelemente der Schalteinheiten für Schaltvorgänge zu bewegen, weist eine derartige Stromunterbrechervorrichtung oft eine Energiespeichereinheit, beispielsweise eine Federspeichereinheit, auf. Mit der Energiespeichereinheit wird Schaltenergie gespeichert, die für Schaltvorgänge der Schalteinheiten freigesetzt wird. Insbesondere werden Energiespeichereinheiten eingesetzt, um sehr schnelle Schaltvorgänge durchzuführen. Um die Energiespeichereinheit nach Schaltvorgängen wieder mit Schaltenergie aufladen zu können, weist die Stromunterbrechervorrichtung ferner eine Aufladeeinheit auf. Beispielsweise weist die Aufladeeinheit einen Motor auf, mit dem die Federspeicher einer als Federspeichereinheit ausgebildeten Energiespeichereinheit gespannt werden können. Neben Leistungsschaltern weisen auch andere Stromunterbrechervorrichtungen, insbesondere schnell schaltende Stromunterbrechervorrichtungen wie Schnellerder und Schnelltrenner, derartige Energiespeichereinheiten auf.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromunterbrechervorrichtung mit mehreren Schalteinheiten anzugeben, die hinsichtlich einer Speicherung von Schaltenergie für Schaltvorgänge verbessert ist.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromunterbrechervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Eine erfindungsgemäße Stromunterbrechervorrichtung umfasst mehrere Schalteinheiten, die jeweils wenigstens ein bewegbares Schaltelement aufweisen, für jede Schalteinheit eine Energiespeichereinheit, die zum Speichern von Schaltenergie für einen Schaltvorgang der Schalteinheit eingerichtet ist, und wenigstens eine Aufladeeinheit, die zum Aufladen wenigstens einer Energiespeichereinheit mit Schaltenergie eingerichtet ist.
-
Die Erfindung sieht also für jede Schalteinheit der Stromunterbrechervorrichtung eine eigene Energiespeichereinheit vor, im Unterschied beispielsweise zu einer gemeinsamen Energiespeichereinheit für alle Schalteinheiten. Dadurch realisiert die Erfindung eine modulare Ausführung der Energiespeicherung für die Stromunterbrechervorrichtung, bei der Energiespeichereinheiten für die Schalteinheiten vorteilhaft einzeln eingebaut, ausgetauscht und wechselnden Anforderungen angepasst werden können. Insbesondere können eine Energiespeichereinheit und die ihr zugeordnete Schalteinheit einzeln ohne eine Aufladeeinheit getestet werden.
-
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Energiespeichereinheit an der ihr zugeordneten Schalteinheit angeordnet. Dadurch können die bewegbaren Schaltelemente der Schalteinheit durch die Energiespeichereinheit jeweils direkt angetrieben werden, so dass ein massives Schaltgestänge und aufwändige Kraftumlenkvorrichtungen zur Übertragung von Kräften auf die Schaltelemente, die bei einer von der Schalteinheit entfernten Anordnung der Energiespeichereinheit benötigt werden, vorteilhaft entfallen oder vereinfacht werden können. Durch die Reduzierung der Anzahl und Masse der bewegten Teile der kinematischen Kette zum Bewegen der Schaltelemente wirken sich Trägheitskräfte bei einer schnell schaltenden Stromunterbrechervorrichtung weit weniger gravierend aus, als wenn große Massen beschleunigt und wieder abgebremst werden müssen. Die Teile der kinematischen Kette können also filigraner und damit kostengünstiger hergestellt werden, es wird eine geringere Antriebsenergie benötigt, um die Teile zu beschleunigen, und zum Abbremsen der Teile wird ebenfalls weniger Bremsenergie benötigt, so dass auch das Brems- und Puffersystem einfacher gestaltet werden kann und dessen Verschleiß reduziert wird.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Aufladeeinheit zum Aufladen mehrerer, insbesondere aller, Energiespeichereinheiten mit Schaltenergie eingerichtet. Alternativ weist die Stromunterbrechervorrichtung für jede Energiespeichereinheit eine separate Aufladeeinheit auf, wodurch die Modularisierung der Energiespeicherung für die Stromunterbrechervorrichtung weiter erhöht wird.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jede Energiespeichereinheit zum Speichern von Schaltenergie eingerichtet, die für mehrere Schaltvorgänge der der Energiespeichereinheit zugeordneten Schalteinheit ausreicht. Insbesondere kann jede Energiespeichereinheit zum Speichern von Schaltenergie eingerichtet sein, die wenigstens für ein Abschalten, Einschalten und nochmaliges Abschalten der Schalteinheit ausreicht. Dadurch kann jede Energiespeichereinheit genügend Schaltenergie speichern, damit bei einem Störfall, beispielsweise bei einem Stromausfall, getestet werden kann, ob die Störung einmalig war oder fortbesteht, und die Schalteinheiten im Fall des Fortbestehens der Störung sicher abgeschaltet werden können.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens eine Energiespeichereinheit wenigstens einen Federspeicher zum Speichern von Schaltenergie auf. Federspeicher ermöglichen vorteilhaft eine zuverlässige Speicherung von Schaltenergie und ein schnelles Schalten.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Energiespeichereinheit eingerichtet, mit einer variablen Anzahl von Federspeichern bestückt zu werden. Mit anderen Worten ist die Anzahl der Federspeicher flexibel, das heißt die Energiespeichereinheit kann mit unterschiedlich vielen Federspeichern bestückt werden. Dadurch kann die Energiespeichereinheit vorteilhaft variabel den Anforderungen an ihre Energiespeicherfähigkeit und Kraftwirkung angepasst werden.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens eine Energiespeichereinheit eine Antriebswelle zur Übertragung von Schaltenergie auf die der Energiespeichereinheit zugeordnete Schalteinheit auf. Insbesondere kann die Antriebswelle als eine Kurbelwelle ausgebildet sein. Eine Kurbelwelle eignet sich besonders als Antriebswelle, da der Hub eines Hubzapfens der Kurbelwelle in einfacher Weise in eine translatorische Bewegung eines bewegbaren Schaltelements umgesetzt werden kann und ein besonders sanfter definierter Kontakt zwischen dem bewegbaren und einem feststehenden Schaltelement realisiert werden kann.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auf beiden Seiten eines Kurbelzapfens der Kurbelwelle jeweils wenigstens ein Federspeicher angeordnet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass auf beiden Seiten des Kurbelzapfens gleichviele Federspeicher angeordnet sind. Dadurch werden vorteilhaft Querkräfte der Federspeicher auf die Kurbelwelle und eine aufwändige Lagerung der Kurbelwelle vermieden.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens eine Aufladeeinheit einen Motor zum Aufladen wenigstens einer Energiespeichereinheit mit Schaltenergie auf. Insbesondere eignet sich ein Motor vorteilhaft zum Aufladen einer Energiespeichereinheit mit Federspeichern durch Spannen der Federspeicher.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Aufladeeinheit mit wenigstens einer Energiespeichereinheit über eine mechanische Übertragungseinheit verbunden, mit der Energie von der Aufladeeinheit auf die wenigstens eine Energiespeichereinheit übertragbar ist. Beispielsweise weist die Übertragungseinheit ein Koppelgestänge, einen Seilzug, eine Drehwelle, einen Riemen, eine Kette und/oder ein Getriebe auf. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache und kostengünstige Energieübertragung von der Aufladeeinheit auf eine Energiespeichereinheit. Durch ein Getriebe kann ferner vorteilhaft eine schnelle kraftarme Bewegung eines Motors der Aufladeeinheit am Energiespeicher in eine langsame kraftvolle Bewegung untersetzt werden.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Stromunterbrechervorrichtung ein Leistungsschalter, ein Trennschalter oder ein Erdungsschalter. Insbesondere eignet sich die Erfindung vorteilhaft für einen schnell schaltenden Leistungsschalter, Trennschalter oder Erdungsschalter.
-
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 schematisch eine Stromunterbrechervorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
- 2 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung,
- 3 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung,
- 4 schematisch eine Energiespeichereinheit in einer ersten Schnittdarstellung,
- 5 die in 4 gezeigte Energiespeichereinheit in einer zweiten Schnittdarstellung,
- 6 die in den 4 und 5 gezeigte Energiespeichereinheit mit zwei Federspeichern,
- 7 die in den 4 und 5 gezeigte Energiespeichereinheit mit sechs Federspeichern,
- 8 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung in einer ersten Schnittdarstellung,
- 9 die in 8 gezeigte Stromunterbrechervorrichtung in einer zweiten Schnittdarstellung, und
- 10 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung.
-
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 (1) zeigt schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte Bauweise einer Stromunterbrechervorrichtung 1 mit drei Schalteinheiten 3, einer Energiespeichereinheit 5 und einer Aufladeeinheit 7. Die Schalteinheiten 3 sind beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 4 angeordnet. Beispielsweise ist jede Schalteinheit 3 einer Phase eines dreiphasigen Wechselstroms zugeordnet. Die Energiespeichereinheit 5 ist eine Federspeichereinheit mit mehreren Federspeichern 9. Die Federspeicher 9 werden zum Speichern von Schaltenergie gespannt, die für Schaltvorgänge der Schalteinheiten 3 freigesetzt wird. Die Aufladeeinheit 7 weist einen Motor auf, mit dem die Federspeicher 9 gespannt werden können. Jede Schalteinheit 3 weist ein Schaltelement 11 auf, das bei einem Schaltvorgang bewegt wird. Die Schaltelemente 11 sind mit der Energiespeichereinheit 5 über ein Schaltgestänge 13 verbunden, mit dem die beim Entspannen der Federspeicher 9 freigesetzte Schaltenergie auf die Schaltelemente 11 übertragen wird. Die Energiespeichereinheit 5 und die Aufladeeinheit 7 sind in einer Antriebseinheit 15 vereint, die von den Schalteinheiten 3 entfernt angeordnet ist. Da die Energiespeichereinheit 5 die Schaltelemente 11 aller drei Schalteinheiten 3 bewegen muss, ist das Schaltgestänge 13 relativ massiv ausgeführt und treibt die Schaltelemente 11 über (nicht näher dargestellte) Kraftumlenkvorrichtungen an, die beispielsweise Hebel aufweisen.
-
2 (2) zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung 1. Die Stromunterbrechervorrichtung 1 weist drei Schalteinheiten 3, drei Energiespeichereinheiten 5 und eine Aufladeeinheit 7 auf. Jede Schalteinheit 3 ist einer Energiespeichereinheit 5 zugeordnet, die direkt an der Schalteinheit 3 angeordnet ist und als Federspeichereinheit mit Federspeichern 9 ausgebildet ist. Jede Energiespeichereinheit 5 speichert nur Schaltenergie für die ihr zugeordnete Schalteinheit 3 und treibt beim Freisetzen von gespeicherter Schaltenergie das bewegbare Schaltelement 11 dieser Schalteinheit 3 an.
-
Die Aufladeeinheit 7 ist zum Aufladen der Energiespeichereinheiten 5 mit Schaltenergie eingerichet. Beispielsweise weist die Aufladeeinheit 7 einen Motor auf, mit dem die Federspeicher 9 über eine Übertragungseinheit 17 spannbar sind. Die Übertragungseinheit 17 weist beispielsweise ein Koppelgestänge, einen Seilzug, eine Drehwelle, einen Riemen, eine Kette und/oder ein Getriebe auf und kann relativ einfach und kostengünstig ausgeführt sein. Statt nur einer Übertragungseinheit 17 kann auch für jede Energiespeichereinheit 5 eine Übertragungseinheit 17 vorgesehen sein, die die Aufladeeinheit 7 mit der jeweiligen Energiespeichereinheit 5 verbindet. Dann werden die Energiespeichereinheiten 5 von der Aufladeeinheit 7 nicht in Reihe sondern parallel geladen, siehe dazu auch das anhand der 8 und 9 beschriebene Ausführungsbeispiel. Jede Energiespeichereinheit 5 ist zum Speichern von Schaltenergie eingerichtet, die für mehrere Schaltvorgänge der der Energiespeichereinheit 5 zugeordneten Schalteinheit 3 ausreicht, beispielsweise wenigstens für ein Abschalten, Einschalten und nochmaliges Abschalten der Schalteinheit 3, das heißt wenigstens für ein Öffnen, ein Schließen und ein nochmaliges Öffnen eines Strompfades der Schalteinheit 3.
-
Der wesentliche Unterschied der in 2 gezeigten Stromunterbrechervorrichtung 1 zu der in 1 gezeigten Stromunterbrechervorrichtung 1 ist also, dass für jede Schalteinheit 3 eine eigene Energiespeichereinheit 5 vorgesehen ist. Dadurch bilden eine Energiespeichereinheit 5 und die ihr zugeordnete Schalteinheit 3 eine Baueinheit, die auch ohne die Aufladeeinheit 7 getestet werden kann. Ferner eignet sich die Stromunterbrechervorrichtung 1 auch sehr gut für Anwendungsfälle, bei denen beispielsweise eine Schalteinheit 3 abgeschaltet wird, beispielsweise wegen eines einpoligen Kurzschlusses, die beiden anderen Schalteinheiten 3 aber weiter betrieben werden, um eine Stromversorgung zumindest teilweise aufrecht zu halten. Außerdem realisiert die Stromunterbrechervorrichtung 1 eine modulare Ausführung der Energiespeicherung für die Stromunterbrechervorrichtung 1, bei der Energiespeichereinheiten 5 für die Schalteinheiten 3 einzeln eingebaut, ausgetauscht und wechselnden Anforderungen angepasst werden können. Ferner können durch die Energiespeichereinheiten 5 die Schaltelemente 11 der Schalteinheiten 3 jeweils direkt angetrieben werden, so dass ein massives Schaltgestänge 13 und aufwändige Kraftumlenkvorrichtungen zur Übertragung von Kräften auf die Schaltelemente 11 wie bei der in 1 gezeigten Stromunterbrechervorrichtung 1 entfallen oder vereinfacht werden können.
-
3 (3) zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung 1. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass es statt einer gemeinsamen Aufladeeinheit 7 für alle Energiespeichereinheiten 5 für jede Energiespeichereinheit 5 eine separate Aufladeeinheit 7 aufweist. Dadurch wird die Modularisierung der Energiespeicherung für die Stromunterbrechervorrichtung 1 weiter erhöht.
-
Die 4 bis 7 (4 bis 7) zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Energiespeichereinheit 5 einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung 1. Die Energiespeichereinheit 5 umfasst mehrere Federspeicher 9, eine Antriebswelle 19 und ein Kopplungselement 21. 4 zeigt eine Schnittdarstellung der Energiespeichereinheit 5 mit einer Schnittebene, die senkrecht zur Antriebswelle 19 ist. Die 5 bis 7 zeigen jeweils Schnittdarstellungen der Energiespeichereinheit 5 mit einer Schnittebene, die parallel zur Antriebswelle 19 ist.
-
Die Anzahl der Federspeicher 9 ist flexibel, das heißt die Energiespeichereinheit 5 kann mit unterschiedlich vielen Federspeichern 9 bestückt werden. Dadurch kann die Energiespeichereinheit 5 variabel den Anforderungen an ihre Energiespeicherfähigkeit und Kraftwirkung angepasst werden. 5 zeigt die Energiespeichereinheit 5 in einer Bestückung mit vier Federspeichern 9, 6 zeigt die Energiespeichereinheit 5 in einer Bestückung mit zwei Federspeichern 9, 7 zeigt die Energiespeichereinheit 5 in einer Bestückung mit sechs Federspeichern 9.
-
Die Federspeicher 9 weisen beispielsweise Spiralfedern auf, die um die Antriebswelle 19 herum verlaufen und die Antriebswelle 19 in Rotation versetzen, wenn die in ihnen gespeicherte Schaltenergie freigesetzt wird, das heißt wenn die Spiralfedern entspannen.
-
Die Antriebswelle 19 ist als eine Kurbelwelle ausgeführt, die einen Hubzapfen 23 aufweist. Das Kopplungselement 21 ist mit dem Hubzapfen 23 verbunden, beispielsweise über ein (nicht näher dargestelltes) Gleitlager, und beispielsweise als eine Koppelstange ausgeführt. Ferner ist das Kopplungselement 21 mit dem Schaltelement 11 einer Schalteinheit 3 verbindbar, beispielsweise über ein weiteres Gleitlager 25, siehe die 8 und 9. Über das Kopplungselement 21 werden Rotationen der Kurbelwelle und damit Bewegungen des Hubzapfens 23 in translatorische Bewegungen eines mit dem Kopplungselement 21 verbundenen Schaltelements 11 umgesetzt.
-
Die Federspeicher 9 sind symmetrisch um den Hubzapfen 23 angeordnet, das heißt auf beiden Seiten des Hubzapfens 23 sind gleichviele Federspeicher 9 in paarweise gleichen Abständen von dem Hubzapfen 23 angeordnet. Dadurch werden vorteilhaft Querkräfte der Federspeicher 9 auf die Kurbelwelle und eine aufwändige Lagerung der Kurbelwelle vermieden.
-
Die 8 und 9 (8 und 9) zeigen schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung 1. Wie in 2 weist die Stromunterbrechervorrichtung 1 drei Schalteinheiten 3 und für alle Schalteinheiten 3 eine gemeinsame Aufladeeinheit 7 auf. Jedoch unterscheidet sich die Stromunterbrechervorrichtung 1 von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Energiespeichereinheiten 5 nicht geradlinig nebeneinander sondern zueinander versetzt, beispielsweise in Dreiecksform, angeordnet sind. Ferner ist die Aufladeeinheit 7 mit jeder Energiespeichereinheit 5 durch eine separate Übertragungseinheit 17 verbunden, beispielsweise jeweils durch eine flexible Drehwelle. 8 zeigt eine Schnittdarstellung der Stromunterbrechervorrichtung 1 mit einer Schnittebene, die durch zwei Energiespeichereinheiten 5 und die ihnen zugeordneten Schalteinheiten 3 verläuft. 9 zeigt eine Schnittdarstellung der Stromunterbrechervorrichtung 1 mit einer Schnittebene, die durch eine Energiespeichereinheit 5 und die ihr zugeordnete Schalteinheit 3 verläuft. Die Stromunterbrechervorrichtung 1 ist als ein Leistungsschalter ausgebildet, dessen Schalteinheiten 3 beispielsweise jeweils eine Vakuumröhre aufweisen. Alternativ können die Schalteinheiten 3 auch anders ausgeführt sein, beispielsweise jeweils eine mit Isoliergas gefüllte Schaltkammer aufweisen. Für die Erfindung ist die Ausführung der Schalteinheiten 3 nicht wesentlich. Die Stromunterbrechervorrichtung 1 kann statt als ein Leistungsschalter auch beispielsweise als ein Erdungsschalter oder als ein Trennschalter ausführt sein.
-
10 (10) zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromunterbrechervorrichtung 1. Die Stromunterbrechervorrichtung 1 weist drei voneinander beabstandete Isolatorsäulen 27 auf, in deren oberem Abschnitt jeweils eine Schalteinheit 3 angeordnet ist. Die Isolatorsäulen 27 sind auf einem Träger 29 angeordnet, der hier geschnitten dargestellt ist und von zwei Stützen 31 getragen wird. In dem Träger 29 ist unterhalb jeder Isolatorsäule 27 eine Energiespeichereinheit 5 angeordnet, der die Schalteinheit 3 in der Isolatorsäule 27 zugeordnet ist und dessen Kopplungselement 21 in die Isolatorsäule 27 hineinragt und innerhalb der Isolatorsäule 27 an wenigstens ein Schaltelement 11 der Schalteinheit 3 gekoppelt ist. Des Weiteren ist in dem Träger 29 eine gemeinsame Aufladeeinheit 7 für alle drei Energiespeichereinheiten 5 und eine Übertragungseinheit 17, die die Aufladeeinheit 7 mit den Energiespeichereinheiten 5 verbindet, angeordnet. Alternativ kann wiederum für jede Energiespeichereinheit 5 eine separate Übertragungseinheit 17 vorgesehen sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung einer separaten Energiespeichereinheit 5 für jede Schalteinheit 3 unterhalb der jeweiligen Isolatorsäule 27 besonders vorteilhaft, da der relativ große Abstand der Isolatorsäulen 27 voneinander bei Verwendung nur einer Energiespeichereinheit für alle Schalteinheiten 3 eine aufwändige und massereiche kinematische Kette erfordern würde.
-
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.
