DE10219557A1

DE10219557A1 - Antriebseinheit bestehend aus einer isolierenden Schaltwelle und darauf aufgesetzten Mitnehmerelementen

Info

Publication number: DE10219557A1
Application number: DE2002119557
Authority: DE
Inventors: Manfred Meinherz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-13
Also published as: CH696453A5; FR2839190A1; FR2839190B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit (1) für Schaltmittel einer elektrischen Schaltanlage, bestehend aus einer elektrisch isolierenden Schaltwelle (2) und auf diese Schaltwelle (2) formschlüssig aufgesetzten Mitnehmerelementen (3). DOLLAR A Um bei einer solchen Antriebseinheit (1) die mechanische Festigkeit noch weiter zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Mitnehmerelemente (3) jeweils ein zentrisch angeordnetes Durchgangsloch mit einem polygonalen Querschnitt aufweisen und auf Verbindungsbereiche (4) der Schaltwelle (2) mit einem entsprechenden polygonalen Querschnitt aufgesetzt sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für eine elektrisch isolierende Schaltwelle (2) einer Antriebseinheit (1) für Schaltmittel einer elektrischen Schaltanlage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Schaltmittel einer elektrischen Schaltanlage bestehend aus einer elektrisch isolierenden Schaltwelle und auf diese Schaltwelle formschlüssig aufgesetzten Mitnehmerelementen.

Eine solche Antriebseinheit ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 25 386 A1 bekannt. Bei der bekannten Antriebseinheit wird für die mechanische Ansteuerung von kombinierten Trenn-Erdungsschaltern einer elektrischen Schaltanlage eine elektrisch isolierende Schaltwelle eingesetzt, deren Querschnitt einen einseitig abgeflachten Kreis bildet. Auf diese Schaltwelle sind Mitnehmerelemente formschlüssig aufgesetzt. Diese Mitnehmerelemente weisen jeweils einen Hebelarm auf, mit dem der jeweilige Trenn-Erdungsschalter mechanisch angesteuert wird.

Ausgehend von der bekannten Antriebseinheit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit für Schaltmittel einer elektrischen Schaltanlage hinsichtlich der mechanischen Festigkeit noch weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einer Antriebseinheit der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mitnehmerelemente jeweils ein zentrisch angeordnetes Durchgangsloch mit einem polygonalen Querschnitt aufweisen und auf Verbindungsbereiche der Schaltwelle mit einem entsprechenden polygonalen Querschnitt aufgesetzt sind. Bei einer solchermaßen gestalteten Antriebseinheit findet aufgrund des polygonalen Querschnitts ein gleichmäßig um den Umfang der Schaltwelle verteilter Krafteintrag zwischen der Schaltwelle und den Mitnehmerelementen statt. Auf diese Weise können nennenswerte mechanische Belastungsspitzen in den Verbindungsbereichen der Schaltwelle vermieden werden. Als polygonale Querschnitte sollen in diesem Zusammenhang sämtliche Querschnittsformen mit drei oder mehr Eckpunkten angesehen werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit sieht vor, dass die Mitnehmerelemente eine Außenverzahnung aufweisen. Auf diese Weise können besonders einfach die anzusteuernden Schaltmittel der elektrischen Schaltanlage über weitere Antriebselemente mit einer entsprechend ausgestalteten Verzahnung angetrieben werden.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Antriebseinheit solchermaßen ausgestaltet sein, dass die Mitnehmerelemente Hebelarme aufweisen. Auf diese Weise kann eine einfache Ansteuerung der Schaltmittel der elektrischen Schaltanlage über die Hebelarme der Mitnehmerelemente erfolgen.

Ferner kann die erfindungsgemäße Antriebseinheit solchermaßen ausgestaltet sein, dass die Schaltwelle an den Verbindungsbereichen einen im Vergleich zum Nenndurchmesser der Schaltwelle vergrößerten Durchmesser aufweist. Als Nenndurchmesser der Schaltwelle wird hierbei der minimale Durchmesser betrachtet, den die Schaltwelle in ihrem Kraftübertragungsbereich zwischen den Verbindungsbereichen aufweist. Durch diese partielle Vergrößerung des Schaltwellen-Durchmessers können die Verbindungsbereiche an der Schaltwelle noch stabiler ausgestaltet und damit noch wirksamer gegen eine mechanische Überbeanspruchung geschützt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit sieht vor, dass die Schaltwelle zwischen den Verbindungsbereichen Versteifungsbereiche mit einem im Vergleich zum Nenndurchmesser der Schaltwelle vergrößerten Durchmesser aufweist. Durch die partielle Erhöhung des Durchmessers der Schaltwelle zwischen den Verbindungsbereichen wird eine noch höhere Verwindungssteifigkeit der Schaltwelle erreicht, ohne den Durchmesser der Schaltwelle auf dem gesamten Bereich erhöhen zu müssen. Eine Erhöhung des Durchmessers der gesamten Schaltwelle kann beispielsweise aus Platzgründen innerhalb der Schaltanlage unvorteilhaft sein. Zudem kann sich eine solche Ausgestaltung mit partiell dickeren Bereichen bezüglich der elektrischen Isolierfähigkeit als günstiger erweisen als eine rein zylindrische Bauweise mit durchgängig vergrößertem Durchmesser.

Vorteilhafterweise können ferner die Mitnehmerelemente der erfindungsgemäßen Antriebseinheit aus Metall bestehen und an ihren einander zugewandten Seitenflächen jeweils einen um den Umfang der Schaltwelle umlaufenden Spalt aufweisen. Auf diese Weise kann das dielektrische Verhalten der Schaltwelle verbessert werden, da die für ein mögliches Auftreten von Teilentladungen wesentlichen Tripelpunkte der Antriebseinheit in geschirmte Bereiche zurückversetzt werden. Dieser Effekt wird unten eingehender erläutert.

Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Antriebseinheit solchermaßen ausgestaltet sein, dass der polygonale Querschnitt durch ein gleichmäßiges Sechseck gebildet ist. Alternativ dazu kann der polygonale Querschnitt der Schaltwelle auch durch ein gleichmäßiges Achteck gebildet sein. Durch die Wahl solcher Querschnittsformen kann bei nicht allzu hohem Fertigungsaufwand ein um den Umfang der Schaltwelle gleichmäßig verteilter Krafteintrag erreicht werden.

Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Herstellungsverfahren für eine elektrisch isolierende Schaltwelle einer Antriebseinheit für Schaltmittel einer elektrischen Schaltanlage.

Um eine solche Schaltwelle mit vergleichsweise geringem Nachbearbeitungsaufwand bei gleichzeitig optimiertem Festigkeitsverhalten fertigen zu können, wird erfindungsgemäß die Schaltwelle durch Gießen mittels Gießformen derart hergestellt, dass die Formtrennebene der Gießformen senkrecht zur Mittelachse der Schaltwelle und etwa auf ihrer halben Länge angeordnet ist und Verbindungsbereiche der Schaltwelle mit polygonalen Querschnitten erzeugt werden. Somit entfällt eine nachträgliche Bearbeitung der Schaltwelle zum Erzeugen von polygonalen Querschnitten zu den Verbindungsbereichen. Der durch die senkrecht zur Mittelachse ausgerichtete Formtrennebene entstehende Grat befindet sich üblicherweise etwa mittig zwischen den Schaltwellenenden außerhalb der Verbindungsbereiche und kann demgemäß relativ einfach nachbearbeitet werden.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in
Fig. 1 die erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer Seitenansicht teilweise im Schnitt, in
Fig. 2 ein Querschnitt der Schaltwelle der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, in
Fig. 3 eine vorteilhafte Ausführungsform der Schaltwelle der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in Seitenansicht und in
Fig. 4 eine Seitenansicht der Schaltwelle der erfindungsgemäßen Antriebseinheit mit eingezeichneter Formtrennebene dargestellt.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 bestehend aus einer elektrisch isolierenden Schaltwelle 2, auf die (der Übersichtlichkeit halber nur auf einer Seite dargestellt) ein metallisches Mitnehmerelement 3 aufgesetzt ist. Die Schaltwelle 2 der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 weist an ihren Enden Verbindungsbereiche 4 auf, die einen polygonalen Querschnitt besitzen. Dabei kann es sich - wie in Fig. 2 gezeigt - beispielsweise um einen sechseckigen Querschnitt handeln. Das Mitnehmerelement 3 weist ein zentrisches Durchgangsloch mit einem entsprechenden polygonalen Querschnitt auf, so dass es formschlüssig auf den Verbindungsbereich 4 der Schaltwelle 2 aufgesetzt werden kann. Ferner ist das Mitnehmerelement 3 mit einer Außenverzahnung 5 versehen, so dass auf einfache Weise durch die Antriebseinheit 1 entsprechend verzahnte Antriebselemente zur Betätigung von Schaltmitteln einer elektrischen Schaltanlage angetrieben werden können. An der dem (in der Fig. 1 nicht dargestellten) weiteren Mitnehmerelement am anderen Ende der Schaltwelle 4 zugewandten Seitenfläche 6 des ersten Mitnehmerelements 3 ist zwischen der Schaltwelle 2 und dem Rand des Mitnehmerelements 3 ein um den Umfang der Schaltwelle 2 umlaufender Spalt 7 vorgesehen. Auf diese Weise ist der Tripelpunkt 8, an dem sich das Isoliermaterial der Schaltwelle 2, das metallische Material des Mitnehmerelementes 3 und das üblicherweise in einer elektrischen Schaltanlage vorhandene Isoliergas (beispielsweise SF₆) treffen, in einen durch das metallische Mitnehmerelement 3 geschirmten Bereich zurückversetzt. Auf diese Weise kann die Gefahr von elektrischen Teilentladungen entlang der Schaltwelle 2 wirksam reduziert werden. Üblicherweise befinden sich nämlich beide Enden der Schaltwelle 2 auf deutlich unterschiedlichen elektrischen Potentialen. Beispielsweise kann ein Ende der elektrischen Schaltwelle 2 auf Erdpotential und das andere Ende der Schaltwelle 2 auf Hochspannungspotential liegen. Zwischen den metallischen Mitnehmerelementen (von denen in Fig. 1 nur das Mitnehmerelement 3 dargestellt ist) verlaufen elektrische Feldlinien, die sich insbesondere in einem ungeschirmten Tripelpunkt konzentrieren würden. Auf diese Weise würde eine hohe Feldstärke zwischen den ungeschirmten Tripelpunkten entstehen mit der Gefahr von elektrischen Teilentladungen. Da aber der Tripelpunkt 8 in einen elektrisch geschirmten Bereich zurückversetzt ist, kann dort keine Konzentration der Feldlinien des elektrischen Feldes zwischen den beiden unterschiedlichen Potentialen stattfinden, so dass sich die elektrischen Feldlinien gleichmäßiger über die gesamte Seitenfläche 6 des Mitnehmerelements 3 verteilen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Schaltwelle gemäß Fig. 3 weist die Schaltwelle 2 an ihren Enden Verbindungsbereiche 4 auf, die einen im Vergleich zum Nenndurchmesser D_N der Schaltwelle 2 vergrößerten Durchmesser besitzen. Diese Verbindungsbereiche 4 weisen wiederum einen polygonalen Querschnitt auf und können so formschlüssig mit den Mitnehmerelementen 3 (vgl. Fig. 1) verbunden werden. Eine Vergrößerung des Schaltwellendurchmessers an den Verbindungsbereichen 4 ist vorteilhaft, da in diesen Bereichen üblicherweise die größten Umfangsbelastungen auftreten. Durch eine Vergrößerung des Durchmessers in den Verbindungsbereichen 4 verteilt sich die eingetragene Kraft auf einen größeren Durchmesser und die Bauteilbelastung sinkt. Analog kann durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Schaltwelle in einem Versteifungsbereich 12 zwischen den Verbindungsbereichen 4 die Verwindungssteifigkeit der Schaltwelle 2 weiter erhöht werden. Durch die Wahl eines entsprechend großen Durchmessers für den Versteifungsbereich 12 der Schaltwelle 2 lässt sich auch das Isolierverhalten der Schaltwelle 2 weiter verbessern, da auf diese Weise verlängerte Kriechwege für den elektrischen Strom erzeugt werden.
Fig. 4 dient zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens der Schaltwelle 2 für die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1. Die Schaltwelle 2 wird demgemäß durch einen Gießvorgang unter Verwendung von Gießformen hergestellt. Eine Gießform besteht üblicherweise aus zwei oder mehreren Teilen. An der Verbindungsstelle zweier Gießformteile entsteht eine sog. Formtrennebene. Die Formtrennebene F_E der Gießform ist gemäß Fig. 4 senkrecht zur Mittelachse A der Schaltwelle 2 ausgerichtet. Auf diese Weise wird ein gemäß Fig. 4 rechter Bereich 13 und ein gemäß Fig. 4 linker Bereich 14 erzeugt, die jeweils durch einen eigenen Gießformteil hergestellt werden. Die Gießformteile sind bereits so vorgefertigt, dass die polygonalen Verbindungsbereiche 4 schon während des Gießvorgangs geformt werden. Auf diese Weise erübrigt sich eine aufwendige Nachbearbeitung der Schaltwelle 2. Der an der Formtrennebene F_E der Gießform entstehende Grat 16 kann in relativ einfacher Weise beispielsweise rund bearbeitet werden, so dass auch hier auf eine aufwendige Nachbearbeitung verzichtet werden kann. Ein solches Gießverfahren ist allerdings nur möglich bei einer Schaltwelle 2, deren Verbindungsbereiche 4 maximal den Nenndurchmesser D_N aufweisen.

Claims

1. Antriebseinheit (1) für Schaltmittel einer elektrischen Schaltanlage bestehend aus einer elektrisch isolierenden Schaltwelle (2) und auf diese Schaltwelle (2) formschlüssig aufgesetzten Mitnehmerelementen (3), dadurch gekennzeichnet, dass

- die Mitnehmerelemente (3) jeweils ein zentrisch angeordnetes Durchgangsloch mit einem polygonalen Querschnitt aufweisen und

- die Mitnehmerelemente (3) auf Verbindungsbereiche (4) der Schaltwelle (2) mit einem entsprechenden polygonalen Querschnitt aufgesetzt sind.

2. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerelemente (3) eine Außenverzahnung (5) aufweisen.

3. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerelemente (3) Hebelarme aufweisen.

4. Antriebseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (2) an den Verbindungsbereichen (4) einen im Vergleich zum Nenndurchmesser (D_N) der Schaltwelle (2) vergrößerten Durchmesser aufweist.

5. Antriebseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (2) zwischen den Verbindungsbereichen (4) Versteifungsbereiche (12) mit einem im Vergleich zum Nenndurchmesser (D_N) der Schaltwelle (2) vergrößerten Durchmesser aufweist.

6. Antriebseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerelemente (3) aus Metall bestehen und an ihren einander zugewandten Seitenflächen (6) jeweils einen um den Umfang der Schaltwelle (2) umlaufenden Spalt (7) aufweisen.

7. Antriebseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der polygonale Querschnitt durch ein gleichmäßiges Sechseck gebildet ist.

8. Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der polygonale Querschnitt durch ein gleichmäßiges Achteck gebildet ist.

9. Herstellungsverfahren für eine elektrisch isolierende Schaltwelle (2) einer Antriebseinheit (1) für Schaltmittel einer elektrischen Schaltanlage, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Schaltwelle (2) durch Gießen mittels Gießformen derart hergestellt wird, dass die Formtrennebene (F_E) der Gießformen senkrecht zur Mittelachse (A) der Schaltwelle (2) und etwa auf ihrer halben Länge angeordnet ist und

- Verbindungsbereiche (4) der Schaltwelle (2) mit polygonalen Querschnitten erzeugt werden.