DE19628408A1 - Leistungsschalter - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 9.

STAND DER TECHNIK

Aus der Patentschrift EP 0 313 813 B1 ist ein mit SF₆-Gas unter Druck gefüllter elektrischer Leistungsschalter bekannt, dessen Löschkammer Abbrandkontakte aufweist, welche beide in entgegengesetzter Richtung bewegt werden, und zwar durch einen nicht dargestellten Antrieb in Verbindung mit zwei einander diametral gegenüberstehend angeordneten Zahnstangen und auf diese einwirkende entsprechende Zahnräder. Beim Ausschalten treten in der Lichtbogenzone vergleichsweise hohe Gasdrücke auf, welche die Bewegung der Abbrandkontakte abbremsen bzw. kurzzeitig umkehren könnten. Der Antrieb dieses Leistungsschalters weist deshalb eine vergleichsweise große Leistungsreserve auf, um sicherzustellen, daß unter allen Umständen ein einwandfreier Bewegungsverlauf der Abbrandkontakte gewährleistet ist. Nur dieser leistungsstarke und deshalb auch vergleichsweise teuere Antrieb kann sicherstellen, daß der Leistungsschalter alle möglichen Schaltfälle sicher beherrscht.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter mit einfachen Mitteln zu verbilligen.

Der Einsatz einer Rücklaufsperre ermöglicht es, einen Leistungsschalter mit einem leistungsschwächeren und damit preiswerteren Antrieb auszustatten, ohne daß die Funktions- und Betriebssicherheit des Leistungsschalters dadurch reduziert wird. Insbesondere bei Leistungsabschaltungen, bei denen hohe Ausschaltströme unterbrochen werden müssen, wirkt sich diese Rücklaufsperre sehr vorteilhaft aus.

Die Rücklaufsperre kann unabhängig von der Einbaulage des jeweiligen Leistungsschalters eingebaut werden. Wenn die Abbrandkontakte von Leistungsschaltern unter Verwendung von Zahnstangen bewegt werden, so lassen sich die sowieso schon vorhandenen Zahnstangen gleichzeitig vorteilhaft für den Einbau der Rücklaufsperre nutzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung, welche mögliche Ausführungswege darstellt, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:

Fig. 1a bis 1c in schematischer Darstellung die Wirkungsweise einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 4 einen schematisch dargestellten Leistungsschalter mit eingebauten Ausführungsformen der Erfindung.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Der Einsatz einer Rücklaufsperre ermöglicht es, einen Leistungsschalter mit einem schwächeren und damit preiswerteren Antrieb auszustatten, ohne daß die Funktions- und Betriebssicherheit des Leistungsschalters dadurch reduziert wird. In der Fig. 1a ist schematisch eine erste Ausführungsform einer Rücklaufsperre 21 dargestellt. Ein Antrieb 1a betätigt mittels eines Antriebselements 1 eine gerade, axial erstreckte Zahnstange 2. Ein Pfeil 3 gibt die Richtung an, in welche sich die Zahnstange 2 bei einer Ausschaltung bewegt. Der obere Teil der Zahnstange 2 ist mit einem nicht dargestellten, beweglichen Abbrandkontakt des Leistungsschalters verbunden. Die mittlere Eingrifftiefe der Zahnstange 2 wird durch eine gerade strichpunktierte Linie 4 dargestellt. Die Zahnstange 2 ist durch eine schematisch angedeutete Führung 5 axial verschieblich geführt. In einem festen Abstand A zu der strichpunktierten Linie 4 ist eine starr gelagerte Drehachse 6 vorgesehen. Um diese Drehachse 6 dreht sich eine Klinke 7. Die Klinke 7 weist hier beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Das der Zahnstange 2 zugewandte Ende der Klinke 7 greift unmittelbar nach Beginn der Bewegung der Zahnstange 2 in die Zähne der Zahnstange 2 ein. Am der Zahnstange 2 abgewandten Ende der Klinke 7 ist ein Ende einer Feder 8 befestigt. Das andere Ende der Feder 8 ist an einem feststehenden Support 9 befestigt.

Die Feder 8 hält die Klinke 7 im Ruhezustand in der in Fig. 1a gezeigten Position. Im Ruhezustand der Klinke 7 sorgt ein Freistich 7a an der Zahnstange 2 dafür, daß das der Zahnstange 2 zugewandte Ende der Klinke 7 in seiner Beweglichkeit nicht eingeschränkt ist. Mit fortschreitender Bewegung der Zahnstange 2 in Richtung des Pfeils 3 trifft die erste der, bezogen auf die Klinke 7, ansteigenden Flanken 10 der Zähne auf die Klinke 7 auf und dreht diese um die Drehachse 6 etwas im Gegenuhrzeigersinn, wobei die Feder 8 vorgespannt wird. Sobald die Klinke 7 über die Spitze des ersten Zahns der Zahnstange 2 hinweg gleitet, so schnappt die Klinke 7, von der Feder 8 gezogen, im Uhrzeigersinn weiter und trifft dann auf die zweite ansteigende Flanke 10 des nächsten Zahns. Bei einer gleichmäßigen Bewegung der Zahnstange 2 in Richtung des Pfeils 3 gleitet die Klinke 7 dann entlang der zweiten ansteigenden Flanke 10 weiter bis zu der Spitze des zweiten Zahns und schnappt dann wiederum weiter. Dieser Bewegungsablauf wiederholt sich solange, bis die Klinke einen Freistich 11 am oberen Ende des gezahnten Bereichs der Zahnstange 2 erreicht, die Klinke 7 dreht sich dann, beaufschlagt durch die Feder 8, im Uhrzeigersinn um die Drehachse 6 in ihre Ruhestellung zurück, wie in Fig. 1c gezeigt. Bei diesem Bewegungsablauf berührt die Klinke 7 im Normalfall die abfallenden Flanken 12 der Zähne der Zahnstange 2 nicht.

In der Fig. 1b ist die Position dargestellt, welche die Klinke 7 einnimmt, wenn sich während der voranstehend beschriebenen Bewegung die Bewegungsrichtung der Zahnstange 2 umkehrt, wie ein Pfeil 13 andeutet. In diesem Fall reicht die verfügbare Kraft des Antriebs wegen zusätzlich auftretender Gegenkräfte nicht aus, um die Ausschaltbewegung in Richtung des Pfeils 3 zu Ende zu bringen. Das Ende der Klinke 7 wird zwischen der ansteigenden Flanke 10 eines nächsten Zahns, der abfallenden Flanke 12 eines bereits überstrichenen Zahns und der Drehachse 6 so verkantet, daß die Bewegung der Zahnstange 2 in Richtung des Pfeils 13 blockiert wird. Die Bewegung des Abbrandkontakts in Ausschaltrichtung ist dann zwar unterbrochen, eine entgegengesetzte Bewegung des Abbrandkontakts zurück in Einschaltrichtung wird jedoch unterdrückt. Sobald die Gegenkräfte abgeklungen sind, bewegt sich die Zahnstange 2 weiter in Ausschaltrichtung, die Klinke 7 löst sich dabei selbsttätig aus ihrer Verkantung, und die Ausschaltbewegung des Abbrandkontakts wird sicher fortgesetzt.

Es ist auch vorstellbar, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, diese verklemmte Klinke 7 mittels einer zusätzlichen, durch einen Pfeil 14 angedeuteten, Kraft zu lösen. Diese Kraft wird beispielsweise mittels einer hydraulischen oder pneumatischen Kolben-Zylinder-Anordnung oder eines gezielt betätigbaren Elektromagneten aufgebracht. Die zusätzliche Kraft verursacht ein Drehen der Klinke 7 im Gegenuhrzeigersinn um deren Drehachse 6, wie ein Pfeil 15 andeutet, wobei die Drehung so weit geht, bis die Klinke 7 nicht mehr im Eingriff ist mit den Zähnen der Zahnstange 2. Die Klinke 7 wird dann gegen die Kraft der Feder 8 gehalten und die Zahnstange 2 kann ihre Bewegung in Richtung des Pfeils 13 fortsetzen. Insbesondere in Verbindung mit O-C-O-Schal­ tungen von Leistungsschaltern kann dieses mechanische Lösen der Klinke 7 vorteilhaft eingesetzt werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Rücklaufsperre 21 bei welcher die Zahnstange 2 als Kreissegment ausgebildet ist. Die mittlere Eingrifftiefe der Zahnstange 2 wird hier durch eine kreisförmige strichpunktierte Linie 4 dargestellt. Der feste Abstand A zwischen der strichpunktierten Linie 4 und der Drehachse 6 wird auch hier passend eingestellt. Die Funktionsweise der Klinke 7 ist bei dieser Ausführungsvariante genau gleich, wie voranstehend bereits beschrieben.

Der Abbrandkontakt bzw. die Abbrandkontakte des Leistungsschalters können mittels der verschiedensten Antriebsgestänge in Bewegung gesetzt werden, so daß auch unterschiedliche Formen der jeweils an das betreffende Antriebsgestänge anzupassenden Zahnstange 2 vorkommen können. Wenn darauf geachtet wird, daß die Form der Klinke 7, die Form der Zahnstange 2, die Form der Flanken der Zähne der Zahnstange 2, die Länge der Klinke 7 und der Abstand A aufeinander abgestimmt sind, so erhält man eine vielseitig einsetzbare, an die jeweiligen Konstruktionsbedingungen anpaßbare Rücklaufsperre. Diese Rücklaufsperre ist zudem unabhängig von der Einbaulage des Leistungsschalters einsetzbar.

Die Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt durch eine zentrisch symmetrisch aufgebaute Löschkammer 16 eines Leistungsschalters, wie sie beispielsweise in der Patentschrift EP 0 313 813 B1, beschrieben ist. Diese Löschkammer 16 weist ein nicht dargestelltes Löschkammergehäuse auf, welches mit SF₆-Gas unter Druck gefüllt ist. Diese Löschkammer 16 weist zudem eine zentrale Achse 17 auf. Links dieser zentralen Achse 17 ist die Löschkammer 16 in ausgeschaltetem Zustand und rechts in eingeschaltetem Zustand dargestellt. Die Löschkammer 16 weist zudem zwei beweglich ausgebildete Abbrandkontakte 18, 19 auf, wobei der erste 18 dieser Abbrandkontakte rohrförmig ausgebildet ist und der zweite 19 als massiver Schaltstift ausgebildet ist. Im eingeschalteten Zustand wird der Abbrandkontakt 19 teilweise vom Abbrandkontakt 18 umschlossen. Der Abbrandkontakt 18 ist starr mit einer Isolierdüse 20 verbunden und wird gemeinsam mit dieser von einem nicht dargestellten Antrieb bewegt, wobei eine zwischen Antrieb und Isolierdüse 20 bzw. Abbrandkontakt 18 zwischengeschaltete, jeweils schematisch in Ein- und Ausschaltstellung dargestellte erste Rücklaufsperre 21, verhindert, daß der Abbrandkontakt 18 während der Ausschaltbewegung in Einschaltrichtung zurücklaufen kann. Eine gestrichelte Wirkungslinie 22 deutet die mechanische Verbindung zwischen der Zahnstange 2 der Rücklaufsperre 21 und dem rohrförmigen Abbrandkontakt 18 an. Der Antrieb überträgt seine Energie mittels des Antriebselements 1 auf die Zahnstange 2.

Auf der der Rücklaufsperre 21 entgegengesetzten Seite der Isolierdüse 20 sind zwei einander diametral gegenüberstehende Zahnstangen 23 mit der Isolierdüse 20 fest verbunden. Die Isolierdüse 20 gleitet in einem feststehenden Führungsrohr 24, in welchem zwei in die Zahnstangen 23 eingreifende, sich um jeweils eine in dem Führungsrohr 24 ortsfeste Drehachse drehende Zahnräder 25 angeordnet sind. Gegenüber dem Eingriff in die Zahnstangen 23 greifen die Zahnräder 25 jeweils in eine in die Oberfläche des Abbrandkontakts 19 eingearbeitete bzw. eingelassene Zahnstange ein. Wenn sich die Isolierdüse 20 und die mit ihr verbundenen Zahnstangen 23 durch den Antrieb angetrieben nach unten, also in Ausschaltrichtung bewegen, dann treiben gleichzeitig die Zahnstangen 23 die Zahnräder 25 an, welche den Abbrandkontakt 19 nach oben in Bewegung setzen. Im Augenblick der Kontakttrennung zischen den Abbrandkontakten 18 und 19 bewegen sich diese beiden Kontakte in entgegengesetzter Richtung, so daß in diesem Augenblick eine vergleichsweise vorteilhaft große Relativgeschwindigkeit zwischen den Abbrandkontakten 18 und 19 herrscht.

Der Abbrandkontakt 19 ist mit einer schematisch in Ein- und Ausschaltstellung dargestellten zweiten Rücklaufsperre 26 direkt verbunden, welche verhindert, daß der Abbrandkontakt 19 während der Ausschaltbewegung in Einschaltrichtung zurücklaufen kann. Eine gestrichelte Wirkungslinie 27 deutet die direkte mechanische Verbindung zwischen der Zahnstange 2a der zweiten Rücklaufsperre 26 und dem massiven, als Schaltstift ausgebildeten Abbrandkontakt 19 an. Die Rücklaufsperre 26 ist hier nicht in das Kraftübertragungssystem integriert, welches von der Isolierdüse 20 über die Zahnstangen 23 und die Zahnräder 25 auf den Abbrandkontakt 19 einwirkt. In diesem Kraftübertragungssystem kann nämlich die Isolierdüse 20 federnd wirken und die Bewegung des Abbrandkontakts 19 verzögern, so daß eine direkt auf den Abbrandkontakt 19 einwirkende, unabhängig von der Rücklaufsperre 21 arbeitende, Rücklaufsperre 26 durchaus sinnvoll ist. Es ist aber auch möglich, daß nur eine der beiden Rücklaufsperren 21 oder 26 eingebaut wird.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise einer in einen Leistungsschalter mit nur einem bewegten Abbrandkontakt eingebauten Rücklaufsperre näher beschrieben werden. Es wird dabei von einem Leistungsschalter ausgegangen, der eine Kolben-Zylinder-Blasvorrichtung aufweist, in der auf bekannte Weise Isoliergas, vorzugsweise SF₆-Gas, für die Beblasung des Ausschaltlichtbogens komprimiert wird. Dieses komprimierte Isoliergas kann nur dann aus der Kolben- Zylinder-Blasvorrichtung austreten und den Lichtbogen beblasen, wenn der Druck in der Lichtbogenzone geringer ist als der Druck in der Kolben-Zylinder-Blasvorrichtung. Wenn ein besonders stromstarker Lichtbogen brennt und einen hohen Druck in der Lichtbogenzone erzeugt, so kann es vorkommen, daß der Druck aus der Kolben-Zylinder-Blasvorrichtung nicht entweichen kann, und daß zudem die Energie des Antriebs nicht ausreicht, um den Kolben der Kolben-Zylinder-Blas­ vorrichtung weiter zu bewegen und damit das im Kompressionsvolumen gespeicherte komprimierte Gas weiter zu komprimieren. In diesem Fall bleibt der Abbrandkontakt zunächst stehen und würde dann in entgegengesetzter Richtung laufen und die für eine erfolgreiche Löschung des Lichtbogens nötige Distanz würde zunächst verkleinert. Hier greift nun die beschriebene Rücklaufsperre ein und verhindert das Zurücklaufen des Abbrandkontakts und damit eine unerwünschte Verkleinerung der Distanz zwischen den Abbrandkontakten solange, bis die Druckverhältnisse in der Lichtbogenzone eine Beblasung des Lichtbogens mit dem in der Kolben-Zylinder-Blasvorrichtung gespeicherten komprimierten Isoliergas erlauben. Mit dem Einsetzen der Beblasung wird die auf den Antrieb wirkende Gegenkraft kleiner und die Antriebsenergie reicht nun aus, den Abbrandkontakt weiter in Ausschaltrichtung zu bewegen. Sowie diese Bewegung beginnt, löst sich die Klinke 7 von selbst aus ihrer Verkantung und die Blockierung der Ausschaltbewegung ist aufgehoben.

Je nach Schaltertyp können derartige Gegenkräfte an verschiedenen Stellen des Ausschaltbewegungsablaufs auftreten. Um die mechanische Abnutzung der Klinke 7 zu reduzieren, ist es möglich, die Zahnstange 2 nur an diesen bekannten Stellen des Bewegungsablaufs mit Zähnen zu versehen, so daß nur in dem Bereich, wo dies nötig sein kann, ein Klinkeneingriff möglich ist.

Diese Rücklaufsperre ist sehr vielseitig einsetzbar, insbesondere in der Schaltertechnik können mit ihrer Hilfe leistungsschwächere und damit preiswertere Antriebe eingesetzt werden, ohne daß die Funktions- und Betriebssicherheit des betreffenden Schalters dadurch reduziert wird. Wird ein gemeinsamer Antrieb für einen dreipoligen Schalter eingesetzt, so ist es möglich, unmittelbar nach dem Antrieb eine für alle drei Pole gemeinsam wirkende Rücklaufsperre einzubauen, es ist aber auch möglich, wenn elastische Zugstangen oder ähnliche Elemente zwischengeschaltet sind, in jedem der Pole separat, möglichst im Bereich der Abbrandkontakte, eine Rücklaufsperre vorzusehen. Wenn besonders lange Distanzen zwischen Antrieb und Löschkammer des Leistungsschalters gegeben sind, wobei sich Toleranzen und elastische Zwischenglieder auswirken können, ist es auf jeden Fall sinnvoll, unmittelbar an den Abbrandkontakten der jeweiligen Löschkammer eine Rücklaufsperre vorzusehen, um unerwünschte Rücklaufbewegungen dieser Abbrandkontakte sicher zu vermeiden.

Bezugszeichenliste

1 Antriebselement
1a Antrieb
2, 2a Zahnstange
3 Pfeil
4 strichpunktierte Linie
5 Führung
6 Drehachse
7 Klinke
7a Freistich
8 Feder
9 Support
10 ansteigende Flanke
11 Freistich
12 abfallende Flanke
13, 14, 15 Pfeil
16 Löschkammer
17 zentrale Achse
18, 19 Abbrandkontakt
20 Isolierdüse
21 Rücklaufsperre
22 gestrichelte Wirkungslinie
23 Zahnstangen
24 Führungsrohr
25 Zahnräder
26 Rücklaufsperre
27 Wirkungslinie
A Abstand

Claims (10)

1. Leistungsschalter mit einer Kolben-Zylinder-Blas­ vorrichtung und/oder einem Speichervolumen für lichtbogenerhitztes Löschgas, mit zwei miteinander in oder außer Eingriff bringbaren Kontaktstücken, mit einem Antrieb, und mit Kraftübertragungselementen, welche Kraft vom Antrieb auf ein erstes beider Kontaktstücke führen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das erste Kontaktstück mit mindestens einer Rücklaufsperre (21, 26) in Wirkverbindung steht.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß mindestens ein Bauelement der Rücklaufsperre (21, 26) als Kraftübertragungselement nutzbar ist oder,
• - daß die Rücklaufsperre (21, 26) frei von den Kraftübertragungselementen ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Rücklaufsperre (21, 26) nur bei Unterbrechungen der Ausschaltbewegung des ersten Kontaktstücks sperrt, und
• - daß die Rücklaufsperre (21, 26) bei einem von der Ausschaltstellung des Leistungsschalters ausgehenden Einschaltvorgang nicht aktiviert wird.

4. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Rücklaufsperre (21, 26) eine Zahnstange (2, 2a) und eine in diese eingreifende und gegebenenfalls deren Bewegung blockierende Klinke (7) aufweist, und
• - daß die Klinke (7) mit einer Feder (8) beaufschlagt ist und um eine Drehachse (6) drehbar ausgebildet ist.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Zahnstange (2) eine an den Bewegungsverlauf der Kraftübertragungselemente angepaßte Form aufweist.

6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Form des in die Zahnstange (2) eingreifenden Endes der Klinke (7) der Form der Flanken (10, 12) der Zähne angepaßt ist.

7. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Zahnstange (2) in den Bereichen, wo ein Eingriff der Klinke (7) nicht erwünscht ist, jeweils mit Freistichen (7a, 11) versehen ist.

8. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Klinke (7) mittels einer zusätzlichen Kraft gezielt außer Eingriff bringbar ist.

9. Leistungsschalter mit einer Kolben-Zylinder-Blas­ vorrichtung und/oder einem Speichervolumen für lichtbogenerhitztes Löschgas, mit zwei miteinander in oder außer Eingriff bringbaren Kontaktstücken, mit einem Antrieb, und mit Kraftübertragungselementen, welche Kraft vom Antrieb auf ein erstes beider Kontaktstücke führen, und mit einem zusätzlichen Kraftübertragungselement, welches Kraft vom ersten Kontaktstück gegenläufig auf das zweite Kontaktstück überträgt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das erste oder das zweite Kontaktstück mit einer Rücklaufsperre (21, 26) zusammenwirkt.

10. Leistungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

• - daß beide Kontaktstücke mit jeweils einer Rücklaufsperre (21, 26) zusammenwirken.