DE10224449B3 - Elektrisches Schaltgerät - Google Patents

Abstract

Ein erstes Schaltkontaktstück (10) eines elektrischen Schaltgerätes (1) ist mittels eines stangenförmigen Antriebselementes (17) gegen ein zweites Schaltkontaktstück (12) treibbar. Zur Erzielung einer hohen Anpresskraft ist in die zum Antrieb des ersten Schaltkontaktstückes (10) vorgesehene kinematische Kette eine Anpressfeder (27) eingefügt. Die Anpressfeder (27) ist an dem von der Schaltstrecke abgewandten Ende des stangenförmigen Antriebselementes (17) angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist der Anpressfeder (27) eine Dämpfungseinrichtung (20a, 20b, 22, 19) zuordenbar.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät mit einer Anpressfeder, welche in einem eingeschaltetem Zustand des elektrischen Schaltgerätes ein erstes Schaltkontaktstück gegen ein zweites Schaltkontaktstück presst, und mit einer das Federverhalten der Anpressfeder beeinflussenden Dämpfungseinrichtung sowie mit einem stangenförmigen, zum Antrieb des ersten Schaltkontaktstückes in Längsrichtung bewegbaren Antriebselement.
• Ein derartiges elektrisches Schaltgerät ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 1 081 547 B bekannt. Das dortige elektrische Schaltgerät weist ein Schaltkontaktstück auf, welches mittels einer Stoßstange gegen die Kraft einer Anpressfeder von seiner Einschaltstellung in seine Ausschaltstellung bewegbar ist. Dem feststehenden Schaltkontaktstück ist ein Dämpfungskörper zugeordnet, welcher reversibel verformbar ist.
• Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift DE 37 26 739 C2 eine Vorrichtung bekannt, bei welcher der Umlenkpunkt einer Hebelkette an einer Blattfeder abgestützt und geführt ist und die Blattfeder einen Kontaktandruck eines Schaltkontaktstückes bewirkt.
• Aus der Patentschrift DE 376612 A ist eine Dämpfungseinrichtung bekannt, welche unmittelbar an einem bewegbaren Schaltkontaktstück angeordnete Massekörper aufweist. Durch die Trägheit der Massekörper soll ein Nachschwingen des Schaltkontaktstückes bei einem Ausschaltvorgang verhindert werden.
• Ein elektrisches Schaltgerät mit einer Anpressfeder ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 693 07 560 T2 bekannt. Das dortige elektrische Schaltgerät ist als Lasttrennschalter für Mittelspannungsanlagen ausgeführt, dessen Schaltstrecke durch eine Vakuumschaltröhre gebildet ist. Die Vakuumschaltröhre verfügt über ein erstes Schaltkontaktstück sowie ein zweites Schaltkontaktstück, wobei das zweite Schaltkontaktstück ortsfest angeordnet ist und das erste Schaltkontaktstück relativ zu dem ortsfesten Schaltkontaktstück bewegbar ist. Die Bewegung des bewegbaren Schaltkontaktstückes erfolgt mittels eines Antriebes. Das zweite Schaltkontaktstück sowie der Antrieb sind über eine kinematische Kette miteinander verbunden. Teil dieser kinematischen Kette ist ein stangenförmiges Antriebselement, welches an das erste Schaltkontaktstück angesetzt ist. Zur Erzielung einer dauerhaften Anpresskraft der beiden Kontaktstücke gegeneinander im eingeschalteten Zustand ist in das dortige stangenförmige Antriebselement eine Anpressfeder eingefügt. Wie auf der Seite 14, Zeilen 15 bis 18 erwähnt, ist diese Anpressfeder an einer beliebigen Stelle der dortigen kinematischen Kette anzuordnen.
• Aufgrund der im Mittel- und Hochspannungsbereich zu schaltenden Ströme ist es notwendig, dass Schaltbewegungen in kürzesten Zeiträumen erfolgen. Deshalb ist es erforderlich, dass bewegbare Schaltkontaktstücke nahezu schlagartig von ihrer Ein-Position in ihre Aus-Position und umgekehrt überführt werden. Aufgrund der Elastizität der Anpressfeder sowie der weiteren Elemente der kinematischen Kette können bei diesen schlagartigen Bewegungsvorgängen unerwünschte Schwingungen bzw. Vibrationen auftreten.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Schaltgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, dass Schwingungen bzw. Vibrationen der kinematischen Kette reduziert werden.
• Die Aufgabe wird bei einem elektrischen Schaltgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dämpfungseinrichtung und die Anpressfeder an dem von dem ersten Schaltkontaktstück abgewandten Ende des stangenförmigen Antriebselementes angeordnet sind.
• Das stangenförmige Antriebselement weist im Regelfall eine relativ große Länge auf. Durch die Anordnung der Anpressfeder an dem von der Schaltstrecke abgewandten Ende ist nahezu die gesamte Länge des stangenförmigen Antriebselementes durch die Feder vor einer starken dynamischen Beanspruchung während eines Schaltvorganges geschützt. Während einer Ein- bzw. Ausschaltbewegung des stangenförmigen Antriebselementes sowie des ersten Schaltkontaktstückes ist die ungefederte Masse gegenüber den bekannten Anordnungen vermindert. Durch die Verringerung der ungefederten Massen ist die Neigung zu Schwingungen und Vibrationen in der kinematischen Kette minimiert. Das abgewandte Ende des stangenförmigen Antriebselementes umfasst ca. das letzte Viertel der Gesamtlänge des stangenförmigen Antriebselementes.
• Es ist vorteilhaft, die Wirkung der Anpressfeder durch eine Dämpfungseinrichtung zu steuern. Die Dämpfungseinrichtung beeinflusst das Federverhalten der Anpressfeder derart, dass ein Prellen der beiden Kontaktstücke bei einem Einschaltvorgang reduziert wird. Durch das verminderte Prellen ist das Entstehen von Lichtbögen zwischen den Schaltkontaktstücken vermindert und dadurch wird die Schaltstrecke in einem gerin geren Umfang thermisch belastet. Bei einem Ausschaltvorgang ist ein Nachschwingen der sich entspannenden Feder abgedämpft. Die Wirksamkeit der Kombination von der Dämpfungseinrichtung und der Anpressfeder ist unabhängig von dem Einbauort der Anpressfeder gegeben. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Anordnung der Anpressfeder an dem von der Schaltstrecke abgewandten Ende des stangenförmigen Antriebselementes in einer Kombination mit einer Dämpfungseinrichtung.
• Um eine mechanisch einfache und wirkungsvolle kinematische Kette zu nutzen, sind oftmals verschiedene Bewegungsformen innerhalb der kinematischen Kette miteinander kombiniert. Beispielsweise werden schwenkbare Antriebskurbeln an stangenförmige Antriebselemente angekoppelt, um eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umzusetzen. Das Ankoppeln des stangenförmigen Antriebselementes an die schwenkbare Antriebskurbel kann mittels eines sogenannten Koppelstückes erfolgen, um die Umlenkung und Einlenkung der mechanischen Kräfte in einer dauerhaften mechanischen Konstruktion auszuführen. Bei einer Anordnung der Anpressfeder an einem Koppelstück ist es in einfacher Weise möglich, die Anpressfeder an dem von der Schaltstrecke abgewandten Ende des stangenförmigen Antriebselementes anzuordnen. Zusätzliche Bauteile, welche zur Einfügung der Anpressfeder in den Verlauf des stangenförmigen Antriebselementes notwendig wären, sind so nicht erforderlich.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Dämpfungseinrichtung einen innerhalb einer Hydraulikflüssigkeit bewegbaren Kolben aufweist.
• Durch das Zusammenwirken einer Bewegung des Kolbens innerhalb einer Hydraulikflüssigkeit kann die dämpfende Wirkung der Dämpfungseinrichtung sehr gezielt beeinflusst werden.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass Symmetrieachsen des Kolbens und des stangenförmigen Antriebselementes in einer Flucht liegen.
• Durch die Anordnung in einer Flucht können die Kräfte unmittelbar auf den Kolben und damit die Dämpfungseinrichtung einwirken. Die Umlenkung von Kräften, welche zusätzliche Schwingungen in die kinematische Kette einbringen könnte, sind so vermieden.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht im Falle des Vorhandenseins einer Dämpfungseinrichtung weiterhin vor, dass die Anpressfeder sowie die Dämpfungseinrichtung innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind.
• Durch eine Anordnung von Dämpfungseinrichtung und Anpressfeder in einem gemeinsamen Gehäuse ergibt sich eine besonders kompakte Baugruppe. Das Gehäuse kann dabei konstruktive Elemente aufweisen, die sowohl für die Wirksamkeit der Anpressfeder als auch für die Wirksamkeit der Dämpfungseinrichtung notwendig sind.
• Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Dämpfungseinrichtung bezüglich der Richtung der Einschaltbe wegung des ersten Schaltkontaktstückes hinter einem stangenförmigen Antriebselement angeordnet ist.
• Bei einer derartigen Anordnung von Dämpfungseinrichtung und stangenförmigem Antriebselement ergibt sich eine Dämpferkonstruktion, welche den Umfang des stangenförmigen Antriebselementes nur wenig vergrößert.
• Neben den bereits genannten Ausgestaltungsvarianten kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Anpressfeder und die Dämpfungseinrichtung mechanisch parallel geschaltet und Teil einer kinematischen Kette sind.
• Durch eine Parallelschaltung der Anpressfeder und der Dämpfungseinrichtung ist es stets gewährleistet, dass sowohl die Anpressfeder als auch die Dämpfungseinrichtung bei einer Schaltbewegung wirksam sind. Eine derartige Parallelschaltung ist außerdem mechanisch einfach zu konstruieren und lässt sich in günstiger Art und Weise ggf. auch nachträglich in eine kinematische Kette einfügen.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
• Dabei zeigt die
• Figur einen Schnitt durch ein elektrisches Schaltgerät.
• In der Figur ist ein Schnitt durch ein elektrisches Schaltgerät 1 dargestellt. Das elektrische Schaltgerät 1 weist an seiner Basis ein Getriebegehäuse 2 auf. An dem Getriebegehäuse 2 ist ein hohler Stützisolator 3 gelagert. Der Stützisola for 3 trägt ein hohles Isoliergehäuse 4 des elektrischen Schaltgerätes 1. Das Getriebegehäuse 2, der Stützisolator 3 sowie das Isoliergehäuse 4 sind miteinander gasdicht verbunden und bilden in ihrem Inneren einen abgekapselten Raum aus. Der abgekapselte Raum 5 ist am freien Ende des Isoliergehäuses 4 mit einer Armatur 6 verschlossen. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit ist der abgekapselte Raum 5 mit einem Isoliergas befüllbar. Der Stützisolator 3 sowie das Isoliergehäuse 4 sind an ihrem äußeren Umfang mit einer Beschirmung 7 versehen. Im Innern des Isoliergehäuses 4 ist eine Vakuumschaltröhre 8 angeordnet. Die Vakuumschaltröhre 8 ist im Wesentlichen aus einem hohlen Isolierkörper 8a gebildet, dessen Enden mittels Deckplatten 9a und 9b verschlossen sind. Durch die eine Deckplatte 9a ist ein erstes Schaltkontaktstück 10 unter Nutzung eines Faltenbalges 11 beweglich sowie gasdicht hindurchgeführt. Durch die andere Deckplatte 9b ist ein zweites Schaltkontaktstück 12 gasdicht hindurchgeführt. Das zweite Schaltkontaktstück 12 ist an der Armatur 6 ortsfest gelagert und elektrisch mit dieser kontaktiert. Über die andere Deckplatte 9b und die Verbindung zu dem zweiten Schaltkontaktstück 12 ist die Vakuumschaltröhre 8 im Innern des Isoliergehäuses 4 positioniert. Die elektrische Kontaktierung des ersten Schaltkontaktstückes 10 erfolgt beispielsweise mittels eines flexiblen Leiterseiles 13, welches beabstandet zu der Armatur 6 im Bereich der Stossstelle von dem Stützisolator 3 und dem Isoliergehäuse 4 unter Nutzung eines Anschlussstückes gasdicht nach außen geführt ist.
• Zur Bewegung des ersten Schaltkontaktstückes 10 ist ein in der Figur nicht dargestellter Antrieb vorgesehen. Dieser Antrieb ist in der Lage, eine Antriebswelle 14 in eine Drehbewegung zu versetzen. Die Antriebswelle 14 ist gasdicht durch eine Wandung des Getriebegehäuses 2 hindurchgeführt. Im In nern des Getriebegehäuses 2 ist eine Antriebskurbel 15 winkelstarr mit der Antriebswelle 14 verbunden. Mittels eines Koppelstückes 16 ist die Antriebskurbel 15 an ein stangenförmiges Antriebselement 17 angekoppelt. Das stangenförmige Antriebselement 17 ist wiederum an das erste Schaltkontaktstück 10 angekoppelt. Das stangenförmige Antriebselement 17 kann beispielsweise als isolierendes Antriebselement in Form eines Rohres ausgebildet sein. Dieses Rohr ist beispielsweise aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Aufgrund der Länge weist das stangenförmige Antriebselement 17 eine gewisse Elastizität auf.
• Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 14 erfolgt über die Antriebskurbel 15 eine Übertragung der Bewegung auf das Koppelstück 16, welches die Bewegung wiederum auf das stangenförmige Antriebselement 17 und das erste Schaltkontaktstück 10 überträgt. Dabei erfolgt eine Wandlung der rotatorischen Bewegung der Antriebswelle 14 in eine translatorische Bewegung des ersten Schaltkontaktstückes 10. Im Zuge einer Einschaltbewegung wird das erste Schaltkontaktstück 10 in Richtung des koaxial gegenüberliegend angeordneten zweiten Schaltkontaktstückes 12 bewegt. Im Zuge einer Ausschaltbewegung wird das erste Schaltkontaktstück 10 von dem zweiten Schaltkontaktstück 12 fortbewegt.
• Im Folgenden wird nunmehr der Aufbau des Koppelstückes 16 beschrieben. Das Koppelstück 16 weist eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur auf. In seinem Inneren sind mehrere Kammern angeordnet, in welchen weitere Bauteile angeordnet sind. Zur Ankopplung des Koppelstückes 16 an die Antriebskurbel 15 ist an dem Gehäuse des Koppelstückes 16 eine Lasche 18 angeordnet. Zur Ankopplung des Koppelstückes 16 an das stangenförmige Antriebselement 17 weist das Koppelstück 16 einen relativ zum Gehäuse des Koppelstückes 16 bewegbaren Kolben 19 auf. Das von dem stangenförmigen Antriebselement 17 abgewandte Ende des Kolbens 19 ragt in eine erste Kammer 20 hinein. Die erste Kammer 20 ist teilweise mit einer Hydraulikflüssigkeit 21 befällt. Durch den Kolben 19 ist die erste Kammer 20 in einen Druckraum 20a und einen Entspannungsraum 20b unterteilt. Der Druckraum 20a sowie der Entspannungsraum 20b sind mittels eines Überströmkanals 22 miteinander verbunden. Aufgrund der Dimensionierung des Querschnittes des Überströmkanals 22 ist das überströmende Volumen der Hydraulikflüssigkeit 21 je Zeiteinheit von dem Druckraum 20a in den Entspannungsraum 20b und umgekehrt begrenzt. Durch diese Konstruktion ist eine Dämpfungseinrichtung ausgebildet. In Einschaltrichtung des ersten Schaltkontaktstückes 10 vor der ersten Kammer 20 liegend ist eine zweite Kammer 23 angeordnet. Die erste Kammer 20 ist von der zweiten Kammer 23 mittels eines den Kolben 19 umgreifenden und die erste Kammer 20 von der zweiten Kammer 23 abdichtenden Bundes 24 getrennt. An dem dem stangenförmigen Antriebselement 17 zugewandten Ende des Gehäuses des Koppelstückes 16 ist ein Anschlag 25 angeordnet. Zwischen dem Anschlag 25 und dem Bund 24 weist der Kolben 19 eine Verdickung 26 auf. Die Verdickung 26 wirkt mit dem Anschlag 25 zusammen, so dass der Kolben 19 im Betriebszustand aus dem Gehäuse des Koppelstückes 16 nicht entfernbar ist. Zur Dämpfung eines starken Anprallens ist weiterhin vorsehbar, ein Federelement, beispielsweise eine Scheibenfeder, zwischen dem Anschlag 25 und der Verdickung 26 anzuordnen. In der zweiten Kammer 23 ist eine Anpressfeder 27 koaxial zu dem Kolben 19 angeordnet. Die Anpressfeder 27 ist als Schraubenfeder ausgestaltet. Die Anpressfeder 27 ist zwischen dem Bund 24 des Gehäuses des Koppelstückes 16 und der Verdickung 26 des Kolbens 19 eingepresst, so dass der Kolben 19 in Richtung des stangenförmigen Antriebselementes 17 gedrückt wird. Der Anschlag 25 begrenzt dabei die Bewegbarkeit des Kolbens 19 in Richtung des stangenförmigen Antriebselementes 17. Die Anpressfeder 27 ist im ausgeschalteten Zustand des elektrischen Schaltgerätes 1 in der zweiten Kammer 23 vorgespannt.
• Bei einem Einschaltvorgang, das heißt, das erste Schaltkontaktstück 10 bewegt sich in Richtung des zweiten Schaltkontaktstückes 12, erfolgt eine Bewegung des Koppelstückes 16 in dieselbe Richtung. Aufgrund der schlagartigen Beschleunigung und der Trägheit des Systems ist ein Zusammenpressen der Anpressfeder 27 zu verzeichnen. Ein derartiges Zusammenpressen wird jedoch durch die Wirkung der Dämpfungseinrichtung gemindert. Nach einem ersten Kontaktieren des ersten Schaltkontaktstückes 10 mit dem zweiten Schaltkontaktstück 12 erfolgt ein sogenannter Überhub, um ein Anpressen der beiden Schaltkontaktstücke 10, 12 mit einer ausreichenden Kraft zu gewährleisten. Aufgrund dieses Überhubes erfolgt eine Kompression der Anpressfeder 27. Die zur Kompression der Anpressfeder 27 notwendige Bewegung wird durch die Dämpfungseinrichtung gedämpft. Weiterhin wird bei einem Einschaltvorgang durch die Feder und insbesondere durch die Dämpfungseinrichtung ein Kontaktprellen des ersten Schaltkontaktstückes 10 gegen das zweite Schaltkontaktstück 12 vermindert.
• Bei einem Ausschaltvorgang wird das erste Schaltkontaktstück 10 schlagartig von dem zweiten Schaltkontaktstück 12 weggeführt. In einer ersten Phase wird die komprimierte Anpressfeder 27 zunächst entspannt, bis die Verdickung 26 gegen den Anschlag 25 schlägt. In dieser Phase der Ausschaltbewegung erfolgt zunächst eine Beschleunigung aller nicht von der Anpressfeder 27 abgefederten Elemente der kinematischen Kette. Die so in der kinematischen Kette zwischengespeicherte Energie kann nunmehr schlagartig für ein Losreißen des ersten Schaltkontaktstückes 10 genutzt werden. Diese Beschleunigung ist insbesondere für das Losreißen von miteinander verschweißten Schaltkontaktstücken 10, 12 dienlich. Zum Ende der Ausschaltbewegung ist aufgrund der Trägheit der bewegten Massen des ersten Schaltkontaktstückes 10, des stangenförmigen Antriebselementes 17 und des Kolbens 19 ein Bestreben dieser Elemente zur Fortsetzung der Bewegung in Ausschaltrichtung zu verzeichnen. Die dabei auftretende Energie wird durch die Anpressfeder 27 in Federkompressionsarbeit umgesetzt und durch die Dämpfungseinrichtung abgebaut. Durch die Dämpfungseinrichtung des Koppelstückes 16 ist ein Schwingen der Anpressfeder 27 während eines Schaltvorganges vermieden.

Claims (6)

1. Elektrisches Schaltgerät (1) mit einer Anpressfeder (27), welche in einem eingeschaltetem Zustand des elektrischen Schaltgerätes (1) ein erstes Schaltkontaktstück (10) gegen ein zweites Schaltkontaktstück (12) presst, und mit einer das Federverhalten der Anpressfeder (27) beeinflussenden Dämpfungseinrichtung (20a, 20b, 22, 19) sowie mit einem stangenförmigen, zum Antrieb des ersten Schaltkontaktstückes (19) in Längsrichtung bewegbaren Antriebselement (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (20a, 20b, 22, 19) und die Anpressfeder (27) an dem von dem ersten Schaltkontaktstück (10) abgewandten Ende des stangenförmigen Antriebselementes (17) angeordnet sind.
2. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (20a, 20b, 22, 19) einen innerhalb einer Hydraulikflüssigkeit bewegbaren Kolben (19) aufweist.
3. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Symmetrieachsen des Kolbens (19) und des stangenförmigen Antriebselements (17) in einer Flucht liegen.
4. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressfeder (27) sowie die Dämpfungseinrichtung (20a, 20b, 22, 19) innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind.
5. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (20a, 20b, 22, 19) bezüglich der Richtung der Einschaltbewegung des ersten Schaltkontaktstückes (10) hinter einem stangenförmigen Antriebselement (17) angeordnet ist.
6. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressfeder (27) und die Dämpfungseinrichtung (20a, 20b, 22, 19) mechanisch parallel geschaltet und Teil einer kinematischen Kette sind.