-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit eines Schaltgerätes einer
gasisolierten Schaltanlage gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie auf ein Baukastensystem zur Bildung einer Antriebseinheit.
Die Erfindung kann beispielsweise bei kombinierten Hochspannungs-Trenn-
und Erdungsschaltern verwendet werden.
-
Aus
der
DE 36 08 481 A1 ist
eine Antriebsvorrichtung für
einen elektrischen Trennschalter bekannt, welche eine drehbar gelagerte
Spindel besitzt, die mit dem beweglichen Schaltstück des Trennschalters
antriebsmäßig gekuppelt
ist, so daß das
bewegliche Schaltstück
bei Verdrehen der Spindel betätigt
wird. An der Spindel ist ein Zahnrad angebracht, das mit einem mit
einem elektromotorischen Antrieb gekoppelten Zahnantrieb zu ihrer
Verdrehung und damit zur Betätigung
des beweglichen Schaltstückes
kämmt.
Die Spindel ist zusätzlich
auch mit einer Handkurbel verdrehbar. Zur Vereinfachung dieses Handbetriebs
und zur Sicherstellung der Kopplung des Zahnrades mit dem Zahnantrieb
bei gezogener Handkurbel ist das Zahnrad zwischen zwei Stellungen
auf der Spindel von der Handkurbel verschiebbar, wobei es in der
ersten Stellung mit dem Zahnantrieb kämmt und in der zweiten Stellung
vom Zahnantrieb frei ist. Zwischen der Handkurbel und der Spindel
sind steuerbare Verriegelungselemente vorgesehen.
-
Aus
der
DE 41 42 548 C2 ist
ein Antrieb für einen
Trennschalter mit einer von einem Motor oder von Hand antreibbaren
und auf den Schalter wirkenden Antriebswelle bekannt, wobei ein
als Schneckengetriebe ausgebildetes, Kraft vom Motor auf die Antriebswelle übertragendes
Zahnradgetriebe vorgesehen ist.
-
Aus
der
DE 195 34 392
AS1 ist ein Antrieb für das
bewegliche Kontaktstück
eines Trenn-Erdungsschalters bekannt, wobei die Kontaktstück-Antriebswelle
mit einer mit zwei eine V-Form bildenden radialen Schlitzen versehenen
Antriebsscheibe gekuppelt ist. Es sind zwei parallel zueinander
und linear verschiebbare Antriebselemente vorgesehen, die jeweils
in einen der Schlitze eingreifen und die Antriebsscheibe aus mittiger
Stellung in die erste und zweite Stellung verschwenken. Die Antriebselemente können durch
auf von je einem Motor angetriebenen Gewindespindeln geschraubte
Rollenmitnehmer mit einem Bolzenvorsprung gebildet sein, welcher
jeweils in den zugehörigen
Schlitz eingreift.
-
Aus
der
DE 38 02 394 A1 ist
ein kombinierter Trenn- und Erdungsschalter für Hochspannung bekannt, wobei
eine Antriebsvorrichtung mit einer Gewindespindel, einer Wandermutter
und einem Motor eine in Längsrichtung
verschiebbare Schaltstange aufwärts
und abwärts
bewegt.
-
Allgemein
bekannte Antriebskonzepte für Schaltgeräte von gasisolierten
Schaltanlagen werden zweckmäßig anwendungsnah
am eigentlichen Schaltgerät
ausgeführt.
Dabei besteht eine Antriebseinheit allgemein aus einem drehmomentübertragenden
Teil (Getriebe) und einem drehmomenterzeugenden Teil (Motor), wobei
letzterer über
die Sekundärtechnik
angesteuert und überwacht
wird. Üblicherweise
wird die Antriebseinheit gemäß den Kundenspezifikationen
entwickelt, so daß die
Entwicklung und Produktion der Antriebseinheit erst nach Vorliegen
der Kundenanforderung erfolgen kann.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit eines
Schaltgerätes
einer gasisolierten Schaltanlage der eingangs genannten Art anzugeben,
welche rationell und kostengünstig
herstellbar ist.
-
Des
weiteren soll ein rationelles und kostengünstiges Baukastensystem zur
Bildung einer Antriebseinheit angegeben werden.
-
Die
Aufgabe wird bezüglich
der Antriebseinheit in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes
erfindungsgemäß durch
die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Die
Aufgabe wird bezüglich
des Baukastensystems durch die in den Ansprüchen 12 und 13 angegebenen
Maßnahmen
gelöst.
-
Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß aufgrund
der strikten Trennung der beiden Antriebseinheit-Funktionsgebiete
bzw. -Funktionseinheiten „Direktantrieb" und „Sekundärtechnik" das Direktantriebsmodul
völlig
unabhängig
von den speziellen (eventuell erst nachträglich bekannten) Kundenspezifikationen „auf Vorrat" entwickelt, dimensioniert
und gefertigt werden kann, während
das Sekundärtechnikmodul
entsprechend den Kundenanforderungen ausgelegt und (gegebenenfalls
auch nachträglich)
an das Direktantriebsmodul angebaut werden kann. Dies reduziert die
Kosten beträchtlich.
Der Antrieb ist hinsichtlich Kontakthub, Drehwinkel und Meldeschalter
in einfacher Weise konfektionierbar. Es ist eine nachträgliche Änderung
/ Erweiterung hinsichtlich des Sekundärtechnikmoduls möglich, ohne
daß dabei
das Direktantriebsmodul von diesen Erweiterungen betroffen wäre. Es ergibt
sich eine Erleichterung bezüglich der
Service- und Wartungsarbeiten.
-
Diese
konsequente Splittung der Antriebseinheit in ein Direktantriebsmodul
und ein Sekundärtechnikmodul
bietet weiterhin den Vorteil, das Direktantriebsmodul durch gezielte
Variation der Übertragungskette
(Zwischengetriebe) im Sinne eines Baukastensystems modulartig für verschiedene
Schaltgeräte
anpassen zu können,
wobei für
diese unterschiedlich ausgeführten
Direktantriebsmodule jeweils das gleiche Sekundärtechnikmodul verwendet werden
kann. Umgekehrt hierzu bietet sich ebenfalls im Sinne eines Baukastensystems
die weitere Möglichkeit,
entsprechend den unterschiedlichen Kundenanforderungen unterschiedliche
Sekundärtechnikmodule „auf Vorrat" zu entwickeln und
zu produzieren, wobei für
diese unterschiedlichen Sekundärtechnikmodule
jeweils das gleiche Direktsantriebsmodul verwendet werden kann.
Vorteilhaft ist aufgrund einer Standardisierung der Schnittstellen
zwischen Direktantriebsmodul und Sekundärtechnikmodul eine beliebige
Kombination der unterschiedlich ausgeführten Direktantriebsmodule
und der unterschiedlichen Sekundärtechnikmodule
dieser beiden Baukastensysteme möglich.
-
Weitere
Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Prinzipdarstellung einer Antriebseinheit eines Schaltgerätes einer
gasisolierten Schaltanlage,
-
2 ein
Direktantriebsmodul mit Schneckengetriebe,
-
3 ein
Direktantriebsmodul mit kinematischem Getriebe,
-
4 Details
zur Rastrierung und zum Steuerungsantrieb,
-
5 ein
schematisiert dargestelltes Ausführungsbeispiel
einer Antriebseinheit.
-
In 1 ist
eine Prinzipdarstellung einer Antriebseinheit eines Schaltgerätes – insbesondere
eines Trenn- und Erdungsschalters – einer gasisolierten Schaltanlage
dargestellt. Die Antriebseinheit 1 setzt sich aus einem
nicht nach speziellen Kundenanforderungen ausgeführten (= kundenunabhängigen)
Direktantriebsmodul (= drehmomentübertragendes Modul) 2 und
einem nach speziellen Kundenanforderungen (kundenbezogen) ausgeführten Sekundärtechnikmodul 3 zusammen,
wobei diese beiden eigenständigen
Module (Baukomponenten) jeweils eigene Gehäuse und einander angepaßte Schnittstellen
aufweisen und beispielsweise über
einander angepaßte
Flansche 4 (Verbindungsflansche) unter Einsatz von Befestigungselementen 5 (Verbindungstechnik, beispielsweise
Verschraubungen) miteinander verbunden sind. Vorzugsweise erfolgt
zur Anpassung an verschiedene vorgegebene Geometrien des Schaltgerätes eine
asymmetrische Ankopplung zwischen Direktantriebsmodul 2 und
Sekundärtechnikmodul 3.
Die Antriebseinheit 1 ist vorteilhaft lageunabhängig.
-
Das
Direktantriebsmodul 2 weist die zur Drehzahluntersetzung
(Getriebe), Positionierung und Arretierung (Rastrierung) erforderlichen
Mittel auf. Das Sekundärtechnikmodul 3 enthält die Steuerungs-
und Überwachungstechnik,
die Leit-/Regel-/Steuerelektronik und weist zweckmäßig eine dreidimensionale
(von allen Seiten erkennbare) Stellungsanzeige 6 (einfach
oder doppelt) zur Anzeige der aktuellen Stellung des Trenn- und/oder Erdungsschalters
sowie einen Verbindungsstecker 7 für den Anschluß an eine übergeordnete
Leittechnik auf.
-
Die
Sekundärtechnik
selbst kann entweder in herkömmlicher
Technik und Bauart (unter Einsatz von Schützen) oder unter Verwendung
hochspannungsfester optoelektronischer Mittel ausgeführt sein.
Der drehmomenterzeugende Teil (Motor) kann wahlweise im Direktantriebsmodul 2 oder
im Sekundärtechnikmodul 2 enthalten
sein.
-
Ein
Handantrieb 8 kann entweder am Direktantriebsmodul 2 oder
am Sekundärtechnikmodul 3 vorgesehen
sein. Dabei greift der Handantrieb 8 zweckmäßig über eine
Rutschkupplung in den Antriebsmechanismus ein, um zu gewährleisten,
daß die
per Hand aufgebrachten Drehmomente vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten.
-
Beim
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
weisen Direktantriebsmodul 2 und Sekundärtechnikmodul 3 jeweils
eigene (getrennte) Gehäuse
auf, welche mittels besonderer Flansche und Befestigungsmittel miteinander
verbunden sind. Alternativ ist es möglich, das Sekundärtechnikmodul 3 zusammen
mit dem Direktantriebsmodul 2 in einem gemeinsamen Gesamtgehäuse der
Antriebseinheit zu integrieren. In jedem Falle sind spezielle, für die beiden
eigenständigen
Module einander angepasste Schnittstellen vorgesehen.
-
In 2 ist
ein vorteilhaft in „Niedrigbauweise", d. h. extrem flacher
Ausgestaltung ausgeführtes Direktantriebsmodul
mit Schneckengetriebe dargestellt. Bei dieser Ausfüh rungsform
eines Direktantriebsmoduls 2 ist eine Schneckenwelle vorgesehen, wobei
eine Schnecke 9 dieser Schneckenwelle in Eingriff mit einem
Schneckenrad 10 steht, dessen Hauptwelle 33 als
Antriebswelle für
die Schaltkontakte des Schaltgerätes,
beispielsweise Trenn- und/oder Erdungsschalters dient und das Getriebegehäuse 15 durchbricht.
-
Die
Schneckenwelle wird zweckmäßig beidseitig
der Schnecke 9 in Lagerungen 23 drehbeweglich
geführt.
Beide Ende der Schneckenwelle durchbrechen das Getriebegehäuse 15,
wobei das eine Ende als Handantrieb 8 und das andere Ende
als Wellenausgang 13 zur Sekundärtechnik dient, d. h. der Wellenausgang 13 greift
in das Sekundärtechnikmodul 3.
Der Motoranbau erfolgt je nach Anforderung im Getriebegehäuse 15 oder
in der Sekundärtechnik. Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 treibt
ein nicht im Getriebegehäuse 15 befindlicher
Antriebsmotor 11 die Schneckenwelle an, wobei zweckmäßig eine Überlastkupplung 12 zwischen
Wellenausgang 13 und Schnecke 9 eingefügt ist.
Ein innerhalb des Getriebegehäuses 15 des
Direktantriebsmoduls 2 befindliches Winkelgetriebe 16 (für Steuerungsantrieb)
greift in das Sekundärtechnikmodul 3 und
dient dort zum Antrieb der Steuerungs- und Überwachungstechnik.
-
Alternativ
zum Ausführungsbeispiel
gemäß 2 kann
der Antriebsmotor für
den Antrieb der Schneckenwelle auch im Direktantriebsmodul 2 angeordnet
sein.
-
In 3 ist
ein vorteilhaft in „Niedrigbauweise" ausgeführtes Direktantriebsmodul
mit kinematischem Getriebe (beispielsweise CYCLO-, Stirnrad- oder
Kurvengetriebe) dargestellt. Bei dieser Ausführungsform eines Direktantriebsmoduls 2 ist
eine längsbewegliche
Gewindespindel 22 (mit Trapezgewinde, Kugelumlaufgewinde,
Planetenrollengewinde usw.) vorgesehen, welche in Eingriff mit einer
drehbeweglichen Spindelmuter 19 steht. Ein an einer Trageinheit
(mit Motorflansch) 21 befestigter Antriebsmotor 11 treibt
diese Spindelmutter 19 über
einen Riementrieb 26 an, wobei die Spindelmutter 19 zweckmäßig über eine
Lagerung 20 ebenfalls an der Trageinheit 21 montiert
ist. Eine Motorbremse 14 dient zur Arretierung einer eingestellten
Position des Antriebsmotors 11 und damit der Gewindespindel 22.
-
Die
Gewindespindel 22 betätigt über ihre translatorische
Bewegung ein kinematisches Getriebe (Kniehebelgetriebe) 17,
welches – beispielsweise über in Eingriff
stehende Zahnräder – eine Hauptwelle
dreht, welche als Antriebswelle für die Schaltkontakte des Schaltgerätes dient
und das Getriebegehäuse 15 durchbricht.
Sensoren 18, beispielsweise optoelektronische Näherungsssensoren,
dienen zur Erfassung der aktuellen Position von Baukomponenten des
kinematischen Getriebes. Ein innerhalb des Getriebegehäuses 15 des
Direktantriebsmoduls 2 befindliches Winkelgetriebe 16 mit
Wellenausgang 25 greift in das Sekundärtechnikmodul 3 und
dient dort zum Antrieb der Steuerungs- und Überwachungstechnik (Hilfsstromschalter).
Ein außerhalb des
Getriebegehäuses 15 zugänglicher
Handantrieb 8 betätigt
den Riementrieb 26 über
ein Ausgleichsgelenk 24.
-
Für beide
Ausführungsformen
gemäß 2 und 3 gilt,
daß die
Anordnung der Baukomponenten – wie
Getriebe, Steuerungsantrieb und Rastrierung – dem (im Hinblick auf das
Schaltgerät)
verfügbaren
Bauraum angepaßt
werden (beispielsweise gespiegelte Anordnung, Rastrierung und Steuerungsantrieb
auf Hauptachse gedreht angeordnet). In 4 sind beispielhaft
Details zur Rastrierung und zum Steuerungsantrieb dargestellt.
-
4 zeigt
ein Getriebegehäuse 15 mit Handantrieb 8,
außerhalb
des Gehäuses
angeordneter Überlastkupplung 12,
Wellenausgang 25, Rastscheibe 28 (Rastrierung),
Untersetzungsscheibe 29 (für Steuerungsantrieb) zur Bestimmung
der genauen Ansteuerung der Hilfsstromschalter, Rasthebel + Arretierungsbolzen
+ Rückzugfeder 30 und
Ansteuermagnet 31. Sobald der Rasthebel den Arretierungsbolzen
ausgelöst
hat, rastet dieser in die Schneckenwelle ein (sobald die vorgegebene
Position erreicht ist). Hierdurch ergibt sich eine sehr sichere
Arretierungsposition.
-
5 zeigt
ein schematisiert dargestelltes Beispiel einer Antriebseinheit,
wobei im linken Abschnitt eine Ansicht der Stirnseite und im Hauptabschnitt
eine Ansicht der Breitseite einer Antriebseinheit in Flachbauweise
zu erkennen ist, bestehend aus einem
- – Direktantriebsmodul 2 mit
- – zentraler
Drehmomentübertragung 34,
- – magnetischer
Verriegelung / mechanischer Rastrierung 35 auf einer Stirnseite,
- – Drehmomenterzeugung 36 sowie
- – Drehwinkelsteuerung 37 auf
der gegenüberliegenden
Stirnseite, einem
- – Sekundärtechnikmodul 3 mit
- – Anbindung
zur Leittechnik 39,
- – Handkurbelverriegelung 40 und
- – Positionsanzeige 41,
wobei eine
- – definierte
Schnittstelle 38 das Direktantriebsmodul 2 mit
dem Sekundärtechnikmodul 3 verbindet.
-
Für alle vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen
gilt,
- – dass
bei Ausbildung von Direktantriebsmodul 2 und Sekundärtechnikmodul 3 ohne
Gehäuse
geeignete Tragplatten die Befestigung der Module miteinander und
die Schaffung definierter Schnittstellen ermöglichen,
- – dass
der Handantrieb optional mit Überlastschutz
(Drehmomentbegrenzung) oder auch mit integrierter Verriegelung (Trenner-
gegenüber
Erderfunktion) ausgeführt
sein kann,
- – dass
das Direktantriebsmodul 2 je nach Anforderung geometrisch
variabel mit dem Sekundärtechnikmodul 3 verbunden
werden kann (beispielsweise rechteckiges Direktantriebsgehäuse mit
Anschlussmöglichkeiten über alle
vier Seiten),
- – dass
die Antriebseinheit 1 lage- und positionsunabhängig eingebaut
werden kann (beispielsweise Einbau über Kopf, beispielsweise Antriebseinheit 1 um
die Antriebsachse variabel im Winkel gedreht),
- – dass
durch definierte Übergabeschnittstellen
die Variation von Kontakthub, Drehwinkel, Drehmoment oder ähnliche
Maßnahmen
am Direktantriebsmodul 2 für jede Anwendung realisiert
werden kann, ohne dass das Sekundärtechnikmodul geändert werden
muss,
- – dass
die beiden Module – Direktantriebsmodul 2 und
Sekundärtechnikmodul 3 – einen
gemeinsamen oder einen getrennten Luftaustausch und Filter besitzen
können,
- – dass
die beiden Module – Direktantriebsmodul 2 und
Sekundärtechnikmodul 3 – optional über getrennte
oder gemeinsame atmungsaktive Schnittstellen zur Atmosphäre ausgestattet
werden können,
- – dass
ein dreipoliger Aufbau möglich
ist,
- – dass
ein einpoliger Aufbau – je
eine Antriebseinheit 1 pro Phase – möglich ist,
- – dass
eine Kombination einpolig / dreipolig möglich ist: Einpolige Ausführung der
Direktantriebseinheit: Direktantriebseinheit beispielsweise nur an
einem Pol (Drehmomenterzeugung + Steuerung + Überwachung) und kostengünstige Verbindung
weiterer Antriebspole über
Verbindungskomponenten (Gestänge,
Zahnriemen, Torsionswellen usw.) und Kompaktgetriebe.
-
Das
vorgeschlagene Konzept, die Antriebseinheit 1 eines Schaltgerätes konsequent "aufzusplitten" und aus einem separatem
Direktantriebsmodul 2 und einem separatem Sekundärtechnikmodul 3 zusammenzusetzen;
ermöglicht
die modulartige Anpassung des Direktantriebs an das Schaltgerät – völlig unabhängig von
der Sekundärtechnik
sowie die modulartige Anpassung der Sekundärtechnik an unterschiedliche
Kundenwünsche – völlig unabhängig vom
Direktantriebsmodul:
- – Baukasten A: Für unterschiedliche
Schaltgeräte werden
unterschiedliche Direktantriebsmodule 2 entwickelt und
gefertigt und stehen damit „auf
Vorrat" zur Verfügung. Das
zu diesen unterschiedlichen Direktantriebsmodulen 2 passende
Sekundärtechnikmodul 3 kann
jeweils gleich sein.
- – Baukasten
B: Umgekehrt ist es selbstverständlich
auch möglich,
je nach Kundenanforderungen unterschiedliche Sekundärtechnikmodule 3 zu entwickeln
und zu fertigen, welche dann „auf
Vorrat" zur Verfügung stehen.
Das zu diesen unterschiedlichen Sekundärtechnikmodulen 3 passende
Direktantriebsmodul 2 kann jeweils gleich sein.
- – Da
die Schnittstellen zwischen einem jeden Direktantriebsmodul 2 und
einem jeden Sekundärtechnikmodul 3 jeweils
gleich und in standardisierter Art und Weise ausgeführt sind,
können
die Direktantriebsmodule 2 des Baukastens A selbstver ständlich auch
mit den Sekundärtechnikmodulen 3 des
Baukastens B verknüpft
werden. Des gleichen paßt
auch jedes Sekundärtechnikmodul 3 des
Baukastens A zu jedem Direktantriebsmodul 2 des Baukastens
B. Insgesamt ergeben sich auf diese Weise sehr viele Kombinationsmöglichkeiten
zwischen den unterschiedlichen Direktantriebsmodulen 2 und
den unterschiedlichen Sekundärtechnikmodulen 3.
Damit ist eine variable Anpassung an unterschiedliche Kunden wünsche unter
Verwendung standardisierter Baueinheiten möglich, was vorteilhaft hinsichtlich
der Kosten, der Ersatzteilbevorratung und des zur Projektabwicklung
erforderlichen Zeitraumes ist.
-
Auch
wenn im Ausführungsbeispiel
die Antriebseinheit für
einen Trenn- und Erdungsschalter verwendet wird, ist es in gleicher
Art und Weise möglich,
den Antrieb auch für
einen Trennschalter oder für
einen Erdungsschalter einzusetzen.
-
- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Direktantriebsmodul
- 3
- Sekundärtechnikmodul
- 4
- Flansch
- 5
- Befestigungselemente
- 6
- Stellungsanzeige
- 7
- Verbindungsstecker
für Anschluss
an Leittechnik
- 8
- Handantrieb
- 9
- Schnecke
- 10
- Schneckenrad
- 11
- Antriebsmotor
- 12
- Überlastkupplung
- 13
- Wellenausgang
zu Sekundärtechnik
- 14
- Motorbremse
- 15
- Getriebegehäuse
- 16
- Winkelgetriebe
für Steuerungsantrieb
- 17
- Kinematisches
Getriebe
- 18
- Sensor
- 19
- Spindelmutter
- 20
- Lagerung
- 21
- Trageinheit
- 22
- Gewindespindel
- 23
- Lagerung
(Schneckenwelle)
- 24
- Ausgleichsgelenk
- 25
- Wellenausgang
zu Sekundärtechnik
- 26
- Riementrieb
- 27
- –
- 28
- Rastscheibe
- 29
- Untersetzungsscheibe
- 30
- Rasthebel
+ Arretierungsbolzen + Rückzugfeder
- 31
- Ansteuermagnet
- 32
- –
- 33
- Hauptwelle
des Schneckenrades
- 34
- Drehmomentübertragung
- 35
- magnetische
Verriegelung, mechanische Rastrierung
- 36
- Drehmomenterzeugung
- 37
- Drehwinkelsteuerung
- 38
- (definierte)
Schnittstelle
- 39
- Anbindung
zur Leittechnik
- 40
- Handkurbelverriegelung
- 41
- Positionsanzeige