DE19701763C1 - Elektrischer Leistungsschalter mit einem Faltenbalg - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Leistungs­ schalter mit einer in einem Kapselungsgehäuse gasdicht abge­ schlossenen Unterbrechereinheit und mit einer durch eine Wand des Kapselungsgehäuses mittels eines Faltenbalges gasdicht durchgeführten axialbeweglichen Antriebsstange zur Übertragung einer Schaltbewegung auf wenigstens einen beweg­ lichen Kontakt der Unterbrechereinheit.

Ein derartiger Leistungsschalter ist beispielsweise aus der GB 1 095 741 bekannt. Dort sind inner­ halb eines größeren Kapselungsgehäuses ihrerseits abgeschlos­ sene Vakuumunterbrechereinheiten vorgesehen, die jeweils eine axial betätigbare Antriebsstange aufweisen, die gegenüber dem Vakuumschaltergehäuse mittels eines Faltenbalges abgedichtet ist.

Bei einer solchen gasdichten Durchführung einer Antriebs­ stange mittels eines Faltenbalges besteht, insbesondere bei hohen Beschleunigungen der Antriebsstange, beispielsweise bei Hochspannungs-Leistungsschaltern, aber auch bei Vakuumschal­ tern das Problem, daß in Folge der Massenträgheit des Falten­ balges dessen mit der Antriebsstange fest verbundener Endbe­ reich im Zuge der Antriebsbewegung stark deformiert wird, während andere Bereiche des Faltenbalges, die von dem Endbe­ reich entfernt sind, wesentlich weniger deformiert werden und erst später im Laufe der Antriebsbewegung beschleunigt wer­ den. Hierdurch ergibt sich eine größere Beanspruchung des am stärksten deformierten Bereichs des Faltenbalges sowie ge­ gebenenfalls eine starke Schwingungsbewegung des gesamten Faltenbalges.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der so ausgelegt ist, daß der Faltenbalg eine ver­ größerte Betriebssicherheit bzw. verlängerte Lebensdauer auf­ weist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Fal­ tenbalg entlang seiner Längsachse Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit aufweist.

Durch die Wahl eines geeigneten Steifigkeitsprofils kann ei­ nerseits im Ruhezustand eine geeignete Verteilung der Verfor­ mung des Faltenbalges entlang seiner Längsachse erzielt wer­ den. Andererseits kann bei der Gestaltung des Steifigkeits­ profils auch die dynamische Belastung bei der Schaltbewegung sowie der Massenbelag des Faltenbalges berücksichtigt werden, so daß eine Spitzenbelastung in einzelnen Bereichen des Fal­ tenbalges vermieden wird und die Belastung auf die gesamte Länge des Faltenbalges verteilt werden kann. Die Längsachse des Faltenbalges ist im Normalfall in etwa parallel zur Bewe­ gungsrichtung der Antriebsstange.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der erste Endbereich des Faltenbalges, der mit der Antriebs­ stange fest verbunden ist, steifer ausgeführt ist, als die übrigen Bereiche des Faltenbalges.

Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, daß nicht der erste Endbereich des Faltenbalges am stärksten deformiert wird, sondern daß dieser erste Endbereich bei mäßiger Defor­ mation wegen seiner größeren Steifigkeit die Beschleunigung im Zuge der Antriebsbewegung der Schaltstange an die übrigen Bereiche des Faltenbalges zum großen Teil weitergibt. Hier­ durch wird ein Bruch des Faltenbalges im ersten Endbereich aufgrund mechanischer Überlastung während der Schaltbewegung vermieden und die Lebensdauer des Faltenbalges verlängert.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Steifigkeit des Faltenbalges, ausgehend von dem ersten Endbereich zu dem zweiten Endbereich hin, der mit dem Kapselungsgehäuse fest verbunden ist, kontinuierlich oder in mehreren Schritten abnimmt.

Wird der erste Endbereich des Faltenbalges steifer ausgeführt als die übrigen Bereiche, so wird die Stoßbewegung bei einem Antriebsvorgang an die übrigen, dem ersten Endbereich nachge­ ordneten Bereiche des Faltenbalges weitergeleitet, so daß von diesen übrigen Bereichen wieder derjenige Bereich die größte Beschleunigung erfährt, der dem ersten Endbereich am nächsten ist. Deshalb ist es sinnvoll, auch dieser Bereich des Falten­ balges, der dem ersten Endbereich benachbart ist, steifer auszuführen, als die sinngemäß nachfolgerden Bereiche des Faltenbalges.

Somit ergibt sich als sinnvollste Gestaltung des Faltenbalges eine solche, bei der die einzelnen Bereiche des Faltenbalges entlang seiner Längsachse, ausgehend von dem ersten Endbe­ reich, mit abnehmender Steifigkeit ausgestattet sind. Dies kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich in mehreren Schritten der Fall sein.

Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß eine größere Steifigkeit eines Bereichs des Faltenbalges durch Übereinan­ derlegen mehrerer Materialschichten in diesem Bereich er­ reicht ist.

Bei der Herstellung des Faltenbalges können bereichsweise mehrere Blechschichten übereinandergelegt werden, um dies zu verwirklichen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine größere Steifigkeit eines Bereichs des Falten­ balges durch eine in diesem Bereich gegenüber anderen Berei­ chen größere Materialstärke erreicht ist.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß bei der Herstellung des Faltenbalges bereichsweise unterschiedliche Blechstärken gewählt werden.

Außerdem kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgestaltet sein, daß eine größere Steifigkeit eines Bereichs des Falten­ balges durch bereichsweisen Einsatz eines gegenüber anderen Bereichen steiferen Materials erreicht ist.

Für diese Ausgestaltung der Erfindung können unterschiedliche Bereiche des Faltenbalges beispielsweise aus Blechen unter­ schiedlicher Metalle bzw. Legierungen hergestellt sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie­ ben.

Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch im Querschnitt den Aufbau eines erfin­ dungsgemäßen Leistungsschalters in Form eines Hochspannungs- Leistungsschalters,

Fig. 2 schematisch im Querschnitt eine Hälfte eines Falten­ balges mit bereichsweise mehreren aufeinandergelegten Mate­ rialschichten,

Fig. 3 schematisch im Querschnitt die Hälfte eines Falten­ balges mit bereichsweise unterschiedlichen Materialstärken.

Die Fig. 1 zeigt eine Unterbrechereinheit eines Hochspan­ nungs-Leistungsschalters mit einem feststehenden Lichtbogen­ kontaktstück 1, einem feststehenden Dauerstromkontaktstück 2, einem antreibbaren Lichtbogenkontaktstück 3 und einem an­ treibbaren Dauerstromkontaktstück 4. Der Schalter ist in der Figur im ausgeschalteten Zustand dargestellt. Bei einem Ein­ schaltvorgang umgreift zunächst das antreibbare tulpenförmige Kontaktstück 3 das feststehende Lichtbogenkontaktstück 1. Danach kommen beim Einschalten die beiden Dauerstromkontakt­ stücke 2, 4 in Kontakt.

Beim Ausschaltvorgang trennen sich zunächst die Dauerström­ kontaktstücke 2, 4, danach die Lichtbogenkontaktstücke 1, 3 voneinander, so daß im Lichtbogenraum 5 zwischen den Lichtbo­ genkontaktstücken 1, 3 ein Lichtbogen gezündet wird. Dieser bewirkt eine Löschgasaufheizung und einen Druckanstieg in dem Druckraum 6.

Zusätzlich wird durch die Abwärtsbewegung des antreibbaren Kontaktstücks 3 gemeinsam mit der Löschdüse 7 und dem Kom­ pressionskolben 8 in dem Kompressionsraum 9 Löschgas für die Beblasung des Lichtbogens komprimiert. Als Löschgas in dem beschriebenen Schalter wird beispielsweise SF₆ verwendet.

Die Unterbrechereinheit ist durch ein Kapselungsgehäuse 10 abgeschlossen, das zwei Stirnwände 11, 12 und einen zylindri­ schen Teil 28 aufweist, der im Normalfall aus einem Isolator, insbesondere auf der Außenseite mit Schirmrippen, besteht. Es wäre jedoch auch denkbar, den Schalter als metallgekapselten Schalter auszuführen, wobei dann jedoch die Kontaktstücke alle über Isolierstoffstützer 27 im Inneren des Kapse­ lungsgehäuses 10 gestützt werden müßten.

Beim Einschalt- und Ausschaltvorgang wird mittels der An­ triebsstange 13 das Schaltrohr 14 des antreibbaren Kontakt­ stückes 3 schlagartig durch einen außerhalb des Gasraumes des Schalters befindlichen Antrieb 15 angetrieben. Hierbei ist insbesondere beim Ausschaltvorgang eine möglichst hohe Be­ schleunigung der antreibbaren Kontaktstücke 3, 4 wünschens­ wert, um den zwischen den Schaltkontaktstücken 1, 3 brennen­ den Lichtbogen möglichst schnell löschen zu können.

Die Antriebsstange 13 ist an der Stirnwand 12 des Kapselungs­ gehäuses 10 mittels eines Faltenbalges 16 aus Stahl gasdicht durchgeführt. Der Faltenbalg ist mittels eines Flansches 18 mit einer Dichtung 17 mit seinem ersten Ende an der Antriebs­ stange 13 befestigt. Mit seinem zweiten Ende ist der Falten­ balg mittels eines Überwurfes 19 mit der Stirnwand 12 eben­ falls gasdicht verbunden. Zu diesem Zweck ist in dem Bereich eine Dichtung 20 vorgesehen. Ein an dem Überwurf 19 befestig­ ter Stutzen 21 schützt den Faltenbalg 16 und die Antriebs­ stange 13 vor mechanischen Beschädigungen.

Die Fig. 2 zeigt in einem Ausschnitt schematisch einen bei­ spielhaften Aufbau des Faltenbalges 16. Auf der linken Seite, in der Fig. 2 nicht dargestellt, würde sich der Flansch 18 befinden, auf der rechten Seite das zweite Ende des Falten­ balges, das dem Lichtbogenraum zugewandt ist.

Mittels des Antriebes wird im Schaltfall auf die linke Seite des Faltenbalges eine ruckartige Bewegung übertragen, die we­ gen der Massenträgheit des Faltenbalges zunächst in dem er­ sten Bereich 21 bzw. 24 den Faltenbalg deformiert. Dieser Be­ reich ist, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, durch die Materialstärke steifer ausgeführt als die übrigen Bereiche 22, 23, 25, 26 des Faltenbalges 16 und erstreckt sich über mehrere Sicken des Faltenbalges. Deshalb ist die Deformierung in diesem Bereich 21, 24 nicht so groß, daß der Faltenbalg überlastet werden könnte. Die schlagartige Belastung trifft danach, abgemildert durch die Deformation im ersten Bereich 21, 24, den zweiten Bereich 22 bzw. 25 des Faltenbalges, der etwas weniger steif ausgeführt ist, als der erste Bereich 21, 24. Auch dort findet dann eine Verformung statt, die idealer­ weise etwa so groß bemessen ist, wie die Verformung jeweils im ersten Bereich.

An den jeweils dritten Bereich 23, 26 wird dann eine weiter herabgesetzte Belastung weitergegeben, die dort ebenfalls zu einer Verformung führt.

Auf diese Weise wird die schlagartige Belastung auf die ge­ samte Länge des Kompensators verteilt.

Die Versteifung des Faltenbalges in verschiedenen Bereichen kann außer durch die Variation der Materialdicke und durch den Einsatz unterschiedlicher Stoffe bzw. unterschiedlicher Legierungen in verschiedenen Bereichen des Faltenbalges er­ reicht werden.

Claims (6)

1. Elektrischer Leistungsschalter mit einer in einem Kapse­ lungsgehäuse (10, 11, 12) gasdicht abgeschlossenen Unterbre­ chereinheit und mit einer durch eine Wand (12) des Kapse­ lungsgehäuses (10, 11, 12) mittels eines Faltenbalges (16) gasdicht durchgeführten axialbeweglichen Antriebsstange (13) zur Übertragung einer Schaltbewegung auf wenigstens einen be­ weglichen Kontakt (3, 4) der Unterbrechereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (16) entlang seiner Längsachse Bereiche (21, 22, 23, 24, 25, 26) unterschiedlicher Steifigkeit aufweist.

2. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Endbereich (21, 24) des Faltenbalges (16), der mit der Antriebsstange (13) fest verbunden ist, steifer ausge­ führt ist, als die übrigen Bereiche (22, 23, 25, 26) des Fal­ tenbalges (16).

3. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit des Faltenbalges (16), ausgehend von dem er­ sten Endbereich (21, 24) zu dem zweiten Endbereich hin, der mit dem Kapselungsgehäuse (10, 11, 12) fest verbunden ist, kontinuierlich oder in mehreren Schritten abnimmt.

4. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Steifigkeit eines Bereichs (21, 22) des Falten­ balges (16) durch Übereinanderlegen mehrerer Materialschich­ ten in diesem Bereich erreicht ist.

5. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Steifigkeit eines Bereichs (24, 25) des Falten­ balges (16) durch eine in diesem Bereich gegenüber anderen Bereichen (26) größere Materialstärke erreicht ist.

6. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Steifigkeit eines Bereichs des Faltenbalges (16) durch bereichsweisen Einsatz eines gegenüber anderen Berei­ chen steiferen Materials erreicht ist.