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Die
Erfindung betrifft einen Schaltantrieb, insbesondere für
einen Leistungstrennschalter, zum Schalten mindestens eines Schalterpols,
wobei der Schaltantrieb einen ersten Kraftspeicher aufweist, der
durch Drehen einer ersten Antriebswelle von einer nicht gespannten
Stellung in eine gespannte Stellung gebracht werden kann, und wobei
der Schaltantrieb Mittel aufweist, mit denen der erste Kraftspeicher
bei seiner Rückkehr in die nicht gespannte Stellung den
mindestens einen Schalterpol in seine Einschaltstellung bringen
kann.
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Ein
Schaltantrieb dieser Art ist aus der
EP 1 026 711 B1 bekannt. Der dort beschriebene
Schaltantrieb weist eine Schalterbetätigungswelle und eine Erderbetätigungswelle
auf. Der Schaltvorgang wird über einen zweiarmigen Schaltwellenhebel
ausgelöst, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist.
Dabei sind weiter zwei Schaltmitnehmer vorgesehen, die mittels eines
Mitnahmeelements in jeweils einem Ende des Schaltwellenhebels kulissenartig
angeordnet sind. Um eine höhere mechanische und dynamische
Belastung bei geringem Platzbedarf zu ermöglichen, weist
der Schaltwellenhebel zwei Hebelarme auf, die unter einem stumpfen
Winkel zueinander angeordnet sind, wobei einer der Hebelarme gegenüber
dem anderen erheblich länger ausgebildet ist.
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Der
vorbekannte Leistungstrennschalter hat die Aufgabe, eine elektrische
Verbindung zu lösen. Er ist eine Kombination aus Leistungsschalter
und Lasttrennschalter, wobei er das Schaltvermögen des Leistungsschalters
mit den nötigen Schaltspielen des Lasttrennschalters kombiniert.
Der Leistungsschalter wurde vorzugsweise für den Einsatz
in Knotenpunkten eines Mittelspannungsnetzes zur Schaltung hoher
elektrischer Ströme konzipiert. Er ist durch die DIN EN
62271-100 genormt.
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In
den meist als Ring in einem Mittelspannungsnetz angeordneten Umspannstationen
wurden bisher üblicherweise die kostengünstigeren
Lasttrennschalter eingesetzt, da diese den Anforderungen für
die Verwendung in Umspannstationen bisher gerecht wurden. Da aber
in diesen Umspannstationen immer leistungsfähigere Transformatoren
eingesetzt werden, reicht das Schaltvermögen eines Lasttrennschalters
nicht mehr aus, um die Ströme für diese leistungsfähigeren
Transformatoren schalten zu können. Bedingt durch diese
Veränderung der Umspannstationen musste hier ein Schalter
geschaffen werden, der eine kostengünstige Alternative
zum Lasttrennschalter bildet und in der Lage ist, die vergleichsweise
höheren Ströme zu schalten.
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Diese
Alternative bildet der Leistungstrennschalter. Ein Leistungstrennschalter
ist so konzipiert, dass er das identische Schaltvermögen
aufweist wie ein Leistungsschalter, jedoch für weniger
Schaltspiele ausgelegt ist. Durch diese Reduzierung der Schaltspiele
und der daraus resultierenden Vereinfachung des Schaltvorganges
ergibt sich im Vergleich zum Leistungsschalter eine Platz sparendere
und preiswertere Bauform und somit eine Reduzierung der Anschaffungskosten,
da die belasteten Bauteile eine geringere Lebensdauer aufweisen
können.
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Eine
Antriebsvorrichtung eines Leistungsschalters ist in der
DE 20 2006 005 092
U1 beschrieben. Die darin offenbarte Antriebsvorrichtung
weist eine Einschaltfeder auf, die über eine Antriebswelle und
einem damit verbundenen Hebel vorgespannt wird. Die Antriebswelle
ist mit einer Kurvenscheibe verbunden und verrastet im vorgespannten
Bereich der Einschaltfeder. Nach Freigabe der Verrastung schlägt
die Kurvenscheibe auf einen Schlaghebel, wobei die Schalterpole,
die mit dem Schlaghebel über ein Getriebe in Verbindung
stehen, eingeschaltet und die Ausschaltfedern vorgespannt werden.
In dieser eingeschalteten Schalterpolstellung verrastet der Schlaghebel
und die Einschaltfeder kann nun im eingeschalteten Bereich wieder
bis zu ihrer Verrastung vorgespannt werden. Durch diese Funktion
des doppelten Federkraftspeichers ist gewährleistet, dass
eine sofortige Einschaltung des Leistungsschalters nach dem Ausschaltvorgang
möglich ist. Diese Funktion wird durch die Leistungsschalternorm
DIN EN 62271-100 gefordert.
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Da
ein doppelter Federkraftspeicher bei einem Leistungstrennschalterantrieb
nicht zwingend notwenig ist, ist diese Antriebsvorrichtung vergleichsweise
aufwändig aufgebaut und für die Anforderungen
eines Leistungstrennschalter überdimensioniert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schaltantrieb
eines Leistungstrennschalters zum Schalten mindestens eines Schalterpols
zu schaffen, der möglichst kostengünstig herstellbar
ist und den Anforderungen eines Lasttrennschalters gerecht wird,
wobei er einen möglichst geringen Platzbedarf benötigen
soll.
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Die
Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum Schalten des Schalterpols umfassen:
- – ein Betätigungselement, das drehfest mit
der ersten Antriebswelle verbunden ist,
- – ein linear verschieblich angeordnetes Druckstück,
das durch das Betätigungselement bei dessen Drehung um
die Drehachse der ersten Antriebswelle axial verschoben werden kann,
und
- – ein Übertragungsgetriebe, an das das Druckstück
gelenkig angelenkt ist und das bei der axialen Bewegung des Druckstücks
den mindestens einen Schalterpol in seine Einschaltposition bewegen
kann.
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Zwischen
dem Übertragungsgetriebe und dem mindestens einen Schalterpol
kann ein zweiter Kraftspeicher angeordnet sein, der durch die Einschaltbewegung
des Übertragungsgetriebes gespannt wird.
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Die
erste Antriebswelle ist dabei bevorzugt zumindest zeitweise mit
einem Getriebe gekoppelt, mit dem die erste Antriebswelle in die
gespannte Stellung des ersten Kraftspeichers gedreht werden kann.
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Zwischen
dem Getriebe und der ersten Antriebswelle kann ein Freilauf wirksam
angeordnet sein, der die Bewegung des Betätigungselements von
dem Getriebe bei einer definierten Stellung der ersten Antriebswelle
entkoppelt.
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Das Übertragungsgetriebe
hat bevorzugt einen Drehhebel, an den das Druckstück gelenkig
angekoppelt ist. Dabei kann eine Sperrklinke vorhanden sein, mit
der der Drehhebel in einer seiner Endstellungen zunächst
verriegelt werden kann.
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Das Übertragungsgetriebe
hat vorzugsweise eine zweite Antriebswelle, die mit mindestens einer Antriebsscheibe
drehfest verbunden ist, an dem ein Pleuel angelenkt ist, das mit
dem zweiten Kraftspeicher wirksam verbunden ist. Bei der Drehung
der zweiten Antriebswelle wird demgemäß der Schalterpol
geschaltet.
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Das
Betätigungselement ist besonders bevorzugt während
seiner Drehbewegung frei von Sperrelementen. Im Stand der Technik
sind Lösungen bekannt (s. hierzu auch die oben bereits
diskutierte
DE
20 2006 005 092 U1 ), die mittels drehbarer Halbwellen das
Betätigungselement in bestimmten Stellung blockieren.
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Das
Betätigungselement weist bevorzugt einen Außenumfang
mit einem in Umfangsrichtung bogenförmigen Verlauf auf;
der bogenförmige Verlauf kann dabei eine sich über
den Umfang zumindest abschnittsweise veränderliche Krümmung
aufweisen.
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Der
Schaltantrieb ist bevorzugt Bestandteil eines dreiphasigen Vakuum-Leistungstrennschalters.
In diesem Falle ist zumeist vorgesehen, dass jede Phase einen zweiten
Kraftspeicher aufweist.
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Bei
den Kraftspeichern handelt es sich vorzugsweise um Schraubenfedern.
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Das
Druckstück kann stiftförmig ausgebildet und mittels
eines Linearlagers relativ zu einem Gehäuseteil gelagert
sein.
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Mit
dem vorgeschlagenen Schaltantrieb ist es möglich, die für
den Einschaltvorgang der Schalterpole aufgebrachte Energie zumindest
teilweise für die Ausschaltung zu speichern.
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Die
zu speichernde Energie wird dabei in den gestauchten Ausschaltfedern
(zweite Kraftspeicher) gespeichert. Die für den Einschaltvorgang
benötigte Energie wird indes von der Einschaltfeder (erster Kraftspeicher)
nach deren Spannen aufgebracht. Demgemäß überträgt
die Einschaltfeder ihre Energie über das Betätigungselement
(Kurvenscheibe) und das Übertragungsgetriebe (Verbindungsgestänge) auf
die zweite Antriebswelle. Die zweite Antriebswelle wird nach übertragener
Einschaltenergie durch die Sperrklinke zunächst verriegelt.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eines Leistungstrennschalters
in der Vorderansicht, wobei sich die Schalterpole in der EIN-Stellung
befinden,
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2 eine
zu 1 analoge Darstellung, wobei sich die Schalterpole
in der AUS-Stellung befinden, und
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3 die
zu 2 analoge Darstellung in der Seitenansicht.
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In
den Figuren ist ein Schaltantrieb 1 für einen
dreiphasigen Vakuum-Leistungstrennschalter dargestellt. Daher sind
drei Schalterpole 2 für die drei Phasen vorgesehen.
Ein erster Kraftspeicher 3 in Form einer Schraubenfeder
ist mit einem Ende (nämlich mit dem unteren Ende) ortsfest
an einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt. Das andere
(obere) Ende ist über eine Zwischenwelle 16 (s. 1)
mit dem einen Ende eines Hebels 15 verbunden, der mit seinem
anderen Ende an einer ersten Antriebswelle 4 befestigt
ist. Die erste Antriebswelle 4 ist mit einem Getriebe 9 verbunden,
die die erste Antriebswelle 4 drehen kann. Erfolgt diese
Drehung durch das Getriebe 9, wird die Schraubenfeder 3 aus
der entspannten Position heraus gespannt, bis ein Drehwinkel der
ersten Antriebswelle 4 von ca. 180° erreicht wird;
in dieser Position ist die Schraubenfeder 3 maximal gelängt
und somit gespannt, wobei ein oberer Totpunkt erreicht ist. An diesem
Totpunkt wird mittels eines nicht dargestellten Freilaufs sichergestellt, dass
die Drehbewegung der ersten Antriebswelle 4 vom Getriebe 9 abgekoppelt
ist.
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Wird
der obere Totpunkt überschritten, kann sich folglich die
zweite Antriebswelle 4 frei drehen und wird schlagartig
durch die in ihre entspannte Stellung zurückstrebende Schraubenfeder
drehbeschleunigt.
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Drehfest
mit der ersten Antriebswelle 4 verbunden ist ein Betätigungselement 5,
dessen Ausbildung am besten in 3 zu sehen
ist. Das Betätigungselement 5 hat an seinem Umfang
einen bogenförmigen Verlauf. Dreht das Betätigungselement 5 zusammen
mit der ersten Antriebswelle 4 nach Überschreitung
des oberen Totpunkts der Schraubenfeder 3, schlägt
seine äußere Umfangsfläche auf ein Druckstück 6,
das linear verschieblich in einem – nicht dargestellten – Linearlager
gelagert ist. Das Druckstück 6 wird hierdurch
nach unten beschleunigt.
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Sein
unteres Ende ist an einem Gelenkpunkt 17 (s. 1)
mit einem Drehhebel 10 verbunden, der Bestandteil eines Übertragungsgetriebes 7 ist.
Das Übertragungsgetriebe 7 weist im wesentlichen
eine sich längs über alle Schalterpole 2 erstreckende zweite
Antriebswelle 12 auf (s. hierzu am besten 3)
und ist mit seinem einen (rechten) Ende in Wirkverbindung mit dem
Drehhebel 10 und über diesen mit dem Druckstück 6.
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An
den Stellen der Schalterpole 2 sind auf der zweiten Antriebswelle 12 Antriebsscheiben 13 drehfest
angeordnet, an denen wiederum Pleuel 14 angelenkt sind.
Die Pleuel 14 sind mit zweiten Kraftspeichern 8 in
Form von Schraubenfedern verbunden, über die die Schalterpole 2 geschaltet
werden können, wie es als solches im Stand der Technik
bekannt ist. Beim Schaltvorgang werden die Schraubenfedern 8 gespannt.
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Wird
der Schaltvorgang der Schalterpole 2 durch Drehung der
ersten Antriebswelle 4 samt Betätigungselement 5,
durch die hierdurch erzeugte Bewegung des Druckstücks 6 und
schließlich durch die Drehung der zweiten Antriebswelle 12 ausgelöst, sorgt
eine im Uhrzeigersinn durch eine Schenkelfeder 19 belastete
Sperrklinke 11 dafür (s. hierzu die 1 und 2 in
der Zusammenschau), dass die zweite Antriebswelle 12 in
der gedrehten Position zunächst verrastet und nicht in
die Ausgangsposition zurückkehren kann. Das Zurückkehren
in die Ausgangsposition ist erst möglich, wenn die Sperrklinke 11 durch
Drehung im Gegenuhrzeigersinn um den Drehpunkt 18 (s. 1 und 2)
betätigt wurde, was je nach Ausführungsform durch
eine hierfür vorgesehene Mechanik, aber auch (alternativ
oder in Kombination) manuell erfolgen kann.
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Demgemäß stellt
die Erfindung darauf ab, dass der Schaltantrieb Mittel 5, 6, 7 hat,
mit denen der erste Kraftspeicher 3 bei seiner Rückkehr
in die nicht gespannte Stellung die Schalterpole 2 in ihre Einschaltstellung
bringen kann, wobei diese Mittel das Betätigungselement 5,
das drehfest mit der ersten Antriebswelle 4 verbunden ist,
das linear verschieblich angeordnete Druckstück 6,
das durch das Betätigungselement 5 bei dessen
Drehung um die Drehachse der ersten Antriebswelle 4 axial
verschoben werden kann, und das Übertragungsgetriebe 7, an
das das Druckstück 6 gelenkig angelenkt ist und das
bei der axialen Bewegung des Druckstücks 6 die Schalterpole 2 in
ihre Einschaltposition bewegen kann, umfassen.
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Zusammenfassend
kann ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
also wie folgt definiert werden:
Die Antriebsvorrichtung für
das Schalten der Schalterpole 2 hat eine Antriebsfeder 3 (erster
Kraftspeicher), die über den Hebel 15 mit der
Kurvenscheibe 5 (Betätigungselement) verbunden
ist und über das Getriebe 9 gespannt werden kann.
Beim Spannvorgang wird die Antriebsfeder 3 durch eine Drehung des
Hebels 15 soweit gespannt, bis die Antriebsfeder 3 über
den durch den Hebel 15 gebildeten Totpunkt läuft.
Nach Erreichen dieser Stellung findet eine Entkopplung der Kurvenscheibe 5 vom
Getriebe 9 statt und die Kurvenscheibe 5 wird
durch die Energie der Einschaltfeder 3 einer Drehbewegung
ausgesetzt.
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Bei
dieser Drehbewegung schlägt die Kurvenscheibe 5 auf
das linear gelagertes Druckstück 6. Das Druckstück 6 ist
mit der zweiten Antriebswelle 12 über den Drehhebel 10 verbunden
und verursacht in seiner Abwärtsbewegung eine Drehbewegung
der zweiten Antriebswelle 12. Durch diese Drehbewegung
werden die Schalterpole 2 in EIN-Stellung gebracht und
gleichzeitig die Ausschaltfedern 8 gestaucht. In dieser
Position verrastet die zweite Antriebswelle 12 in der Verriegelungsklinke 11 (Sperrklinke).
Die Verriegelung verhindert ein sofortiges Ausschalten der Schalterpole 2 durch
die gestauchten Ausschaltfedern 8.
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Nach
der Freigabe der Verriegelung entspannen sich die beim Einschaltvorgang
gestauchten Ausschaltfedern 8 und die Schaltvorrichtung
bewegt sich in ihre Ausgangsstellung zurück, wodurch die
Schalterpole 2 wieder in ihre AUS-Stellung versetzt werden.
Erst jetzt kann durch Spannen der Einschaltfeder 3 ein
neuer Einschaltvorgang eingeleitet werden.
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- 1
- Schaltantrieb
- 2
- Schalterpol
- 3
- erster
Kraftspeicher
- 4
- erste
Antriebswelle
- 5,
6, 7
- Mittel
zum Schalten des Schalterpols
- 5
- Betätigungselement
- 6
- Druckstück
- 7
- Übertragungsgetriebe
- 8
- zweiter
Kraftspeicher
- 9
- Getriebe
- 10
- Drehhebel
- 11
- Sperrklinke
- 12
- zweite
Antriebswelle
- 13
- Antriebsscheibe
- 14
- Pleuel
- 15
- Hebel
- 16
- Zwischenwelle
- 17
- Gelenkpunkt
- 18
- Drehpunkt
- 19
- Schenkelfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1026711
B1 [0002]
- - DE 202006005092 U1 [0006, 0015]