DE2702063A1

DE2702063A1 - Betaetigungsmechanismus fuer einen niederspannungsvakuumschalter

Info

Publication number: DE2702063A1
Application number: DE19772702063
Authority: DE
Inventors: Robert M Hruda
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1976-01-19
Filing date: 1977-01-19
Publication date: 1977-07-28
Also published as: ZA767618B; JPS5288776A; IN145796B; GB1573416A; DE2702063C2; US4216359A; CA1074372A

Description

HLEUCHAUSAWEHSkR PATENTANWÄLTE

8 MÖNCHEN 71, den 17. 1.1977

Melchlorstraße 42

WS82P-1563

Westinghouse Electric Corp. Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, USA

Betätigungsmechanismus für einen Niederspannungsvakuumschalter

Die Erfindung betrifft einen Niederspannungsvakuumschalter mit einem die Kontaktelemente des Schalters in eine Schließposition und Öffnungsposition verschiebenden Betätigungsmechanismus.

Niederspannungsvakuumschalter mit einem Betätigungsmechanismus werden beim Betrieb von Anlagen der chemischen Elektrolyse in großer Stückzahl benötigt. Die Schalter sind zwischen massiven Leiterschienen, welche mit den Zellen verbunden sind, angeordnet, wobei die Leiterschienen Ströme in der Größenordnung von einigen 1000 Ampere bei verhältnismäßig niederer Gleichspannung führen. Es ist bekannt, für derartige Schaltereinrichtungen Quecksilberschalter für die elektrolytische Herstellung von Chlor zu verwenden, wobei jedoch derartige Schalter auch für andere elektrolytische Produktionsverfahren Verwendung finden.

Fs/mü Es ist

709830/0317

WS82P-1563

ζ-

Es ist auch bekannt, herkömmliche Messerkontaktschalter oder andere Schalter vorzusehen, bei denen die Schalt- bzw. Kontaktelemente in der Umgebungsatmosphäre offen angeordnet sind und damit Korrosionsbelastungen unterliegen. Es ist wichtig, daß die Schalter in der Nähe der elektrolytischen Bäder angebracht werden, um die mit langen Leitungen verbundenen Widerstandsverluste auf ein Minimum zu reduzieren. Eine Schwierigkeit bei derartigen Schaltern kann die synchrone Betätigung einer Gruppe oder Vielzahl von Schaltern bereiten, mit denen parallel zueinander große Ströme geschaltet werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederspannungsvakuumschalter mit einem verhältnismäßig einfachen Betätigungsmechanismus zu schaffen, der eine gleichzeitige Betätigung von einzelnen Gruppen von Schaltern bzw. einer Vielzahl von Schaltern zuläßt, wobei trotz eines einfachen Betätigungsmechanismus eine sichere Schließstellung gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von den axial einander gegenüberliegenden ringförmigen und nachgiebigen Kontaktelementen Abstützungen wegverlaufen, daß mit den Abstützungen scheibenförmige Montageelemente verbunden sind, und daß der Betätigungsmechanismus im Betrieb axial auf dieAbstützungen einwirkt, wobei eine drehende Antriebskraft in eine hin- und hergehende axial gerichtete Schließ- und Öffnungskraft umwandelbar ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Maßnahmen der Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise, Vakuumschalter durch einen kurzen axialen Hub zu betätigen, wobei diese Schalter zwischen den Leiterschienen angeordnet sein können.

Dabei

709830/0317

WS82P-15G3 Westinghouse.

Dabei ist eine der Leiterschiene als flexible nachgiebige Leiterschiene ausgebildet, wogegen die andere Leiterschiene als starre fixierte Leiters chiene ausgebildet sein kann. Die Schließ- und Öffnungskraft wird als eine in der Achse des Schalters wirksame Betätigungskraft auf den Schalter eingeleitet, wobei diese von einer sich drehenden Antriebskraft über Nockenscheiben abgeleitet wird. Die von den Nockenscheiben über ein Federpaket und einen Augbolzen auf die Montageplatte wirksame Betätigungs< kraft ermöglicht eine einfache und sichere Betätigung des Schalters, wobei dieser in der Schließposition durch die Wirkung des Federpakets sicherfestgehalten wird.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schaltervorrichtung

mit Betätigungsmechanismus;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Schaltervorrichtung und des Betätigungsmechanismus gemäß Fig. 1.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Kurzschlußschalter 10 mit zugehörigem Betätigungsmechanismus besteht aus zwei parallel geschalteten Vakuumkurzschlußschaltern 12, von denen der obere Kontakt jeweils mit einer flexiblen Leiterschiene 14 verbunden ist und der untere Kontakt mit einer Leiterschiene 16 in Verbindung steht. Diese Leiterschienen 14 und 16 sind an Sammelschienen eines Stromversorgungssysteme anschließbar.

Die Vakuumkurzschlußschalter 12 sind für niedere Spannung ausgelegt und haben verhältnismäßig große Kontaktflächen, die in einem verhältnis-

mäßig r

709830/0317

- IT- WS82P-1563

Westinghouse

Λ '

mäßig geringen Abstand voneinander verlaufen. Der Schalter 12 geht besonders klar aus der Darstellung gemäß Fig. 2 hervor und besteht aus einem zentrisch angeordneten Keramikring 18, mit dem nachgiebige ringförmige und mit einer ringförmigen Wellung versehene Elemente 20a und 20b vakuumdicht verbunden sind. Durch die innere Öffnung der ringförmigen Elemente 20a und 20b erstrecken sich leitende Abstützungen 22, welche entlang der Innenkante der ringförmigen Elemente 22a und 22b vakuumdicht mit diesen verbunden sind und damit eine hermetisch abgedichtete Umhüllung für den Vakuumkurzschlußschalter bewirken. Der äußere Umfang der nachgiebigen ringförmigen Elemente ist vakuumdicht mit einem metallischen Überzug verbunden, der am Keramikring vorgesehen ist. Nichtklebende Planarkontakte, welche nicht dargestellt sind, befinden sich auf der Innenseite der leitenden Abstützungen 22a und 22b. Diese Kontakte bestehen typischerweise aus Kupfer-Wismutscheiben, die an die Stirnseite der Kupferabstützungen angelötet sind.

An den vorstehenden Enden der Abstützungen sind scheibenförmige IVTontageelemente 24a und 24b angeordnet. Die Abstützungen erstrecken sich durch zentrale öffnungen in den Montageelementen und sind mit diesen verlötet. Die Abstützungen stehen leicht über die Montageelemente hinaus, welche vorzugsweise rechteckig ausgebildet sind und in den jeweiligen Eckbereichen Gewindebohrungen aufweisen.

Die Leiterschienen 14 und 16 sind mit entsprechenden Bohrungen 27 versehen, durch welche Montagebolzen 28 verlaufen und in die Gewindebohrungen 26 an den Montageelementen eingeschraubt sind. Auf der dem Vakuumkurzschlußschalter gegenüberliegenden Seite der Leiterschienen ist eine Montageplatte 30 vorgesehen, die mit Bohrungen 32 versehen ist, welche auf die Bohrungen 27 und die Gewindebohrungen in den Montageelementen ausgerichtet sind. Die Moniagebolzen 28 verlaufen durch diese

Bohrungen

709830/0317

-4Γ- WS82P-1563

Westinghouse.

Bohrungen 27 und 32 in die Gewindebohrung 26, so daß die Teile gegeneinander unter Zwischenfügung einer Beilagscheibe verspannt werden können. Die planaren Stirnflächen der Abstützungen 32 liegen an den entsprechenden Leiterschienen 14 oder 16 an, so daß eine elektrische Kontaktverbindung zwischen dem Vakuumkurzschlußschalter und den Leiterschienen hergestellt wird. Diese Verbindung ist für die Leiterschiene 14 aus der Darstellung klar erkennbar. Auf der Unterseite der Leiterschiene 16 verläuft eine starre Verbindungsplatte 39 zwischen den seitlichen Rahmenelementen 38a und 38b, welche die Leiterschiene 16 trägt und durch welche die Schraubbolzen in das Montageelement 24b verschraubt sind.

Die nachgiebige Leiterschiene 14 besteht aus einer Vielzahl dünner Kupferbleche, die an den Enden der Leiterschienen miteinander verbunden sind und im Mittelbereich lose aufeinanderliegen, so daß die Leiterschiene flexibel bleibt. Damit wird ermöglicht, daß die Abstützungen beim öffnen und Schließen der Kurzschlußschalterkontakte eine entsprechende Bewegung ausführen können.

Der Betätigungsmechanismus 34 ist derart ausgebildet, daß die erforderliche axial zum Kurzschlußschalter wirksame Kraft eingeleitet werden kann, die die Abstützungen verschiebt und die Kontaktflächen zum Schließen des Schalters miteinander in Berührung bringt bzw. bei einer gegenläufigen Betätigung den Vakuumkurzschlußschalter öffnet.

Der Betätigungsmechanismus 34 ist so aufgebaut, daß zwei parallel zueinander liegende Schalter zur gleichen Zeit betätigt werden können, wobei eine Zusammenschaltung mit weiteren Gruppen von Kurzschlußschaltern möglich ist, um eine gleichzeitige Betätigung zu bewirken. Eine drehbare Welle 3G ist in den Rahmenelementen 38a und 38b gelagert.

Auf dieser

709830/0317

WS82P-1563 ^ Westinghouse. .

Auf dieser Welle 36 sind exzentrische Nockenscheiben 40 montiert, welche mit einem Stift 42 festgehalten werden, so daß sie sich zusammen mit der Welle drehen. Isolierende Verbindungsplatten 34 sind in einem gewissen Abstand voneinander vorgesehen und mit einer Bohrung versehen, in welche die Nockenscheibe einsetzbar und drehbar gehaltert ist. Durch ein Verdrehen der Welle 36 werden die auf der Nockenscheibe sitzenden Verbindungsplatten in eine reziproke Bewegung versetzt, welche sich längs der axialen Richtung des Vakuumkurzschlußschalters erstreckt.

Die Montageplatte 30 trägt in ihrem Zentrum einen Augbolzen 46, der nach oben zwischen die Verbindungsplatten 44 ragt. Ein durch das Auge und die Verbindungsplatten gesteckter Stift 48 hält den Augbolzen an den Verbindungsplatten fest, womit die durch die Welle auf die Verbindungsplatten eingeleitete reziproke Bewegung in vertikaler Richtung auf den Augbolzen und die Montageplatte 30 übertragen wird.

Die Verbindungsplatten 44 sind an ihrem unteren Ende 54 abgerundet und liegen auf einer größeren Beilagscheibe 50 auf. Diese Beilagscheibe liegt unterhalb des Auges des Augbolzens 46. Unter der Beilagscheibe sind eine Vielzahl von Federscheiben 52 vorgesehen, die als Übersteuerungsfedern, wie nachfolgend erläutert wird, wirksam sind. Die Federscheiben 52 liegen auf der Montageplatte 30 auf. Zum Schließen des Vakuumschalters wird die Welle 36 gedreht und die Verbindungsplatten über die Exzenterscheiben nach unten verschoben, so daß die abgerundeten unteren Enden 54 auf der Beilagscheibe 50 aufliegen und die eingeleitete axiale Schließkraft auf die Abstützungen 22 weiterleiten. Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Schalter geschlossen, wobei die Hauptachse der Nockenscheibe vertikal in Richtung der Schalterachse ausgerichtet ist. Entsprechend sind auch die mittleren Bereiche der unteren abgerundeten Enden der Verbindungs-

platten

709830/0317

-Y- WS82P-1563

* *^* Westinghouse. . .

platten vertikal nach unten ausgerichtet, wobei der durch den Augbolzen und die Verbindungsplatte verlaufende Stift 48 am oberen Ende der schlitzförmigen Öffnungen in den Verbindungsplatten anliegt. Die Schließkraft des Schalters ergibt sich somit aus der Überlagerung der vom Vakuum herrührenden Kraft mit der axial über die Verbindungsplatten und die Federscheiben auf die Montageplatte 30 eingeleiteten Kraft. Bei dieser vertikalen Ausrichtung der Hauptachsen der Nockenscheiben ist keine externe Kraft notwendig, um den Schalter in der Schließposition festzuhalten. Zum Öffnen des Schalters wird lediglich eine Drehbewegung der Welle erforderlich, um die durch die Spannung der Federscheiben aufrechterhaltene Schließkraft zu überwinden und den Vakuumschalter zu öffnen. Dabei verschieben sich die Verbindungsplatten nach oben und nehmen den Stift 48 sowie den Augbolzen 46 zum Öffnen des Schalters entsprechend mit.

Die Verbindungsplatten sind aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, um die Leiterschienen gegenüber dem Betätigungsmechanismus elektrisch zu trennen. Die vom Zentrum weg wirkende Kraft zwischen der Nockenfläche und dem Augbolzen, welche durch die Verbindungsplatten eingeleitet wird, ruft eine geringe Kippbewegung bzw. hin- und hergehende Bewegung hervor, wodurch Kontaktverschmelzungen, die säch zwischen den planaren Kontaktflächen ausbilden können, leichter brechen. Die nachgiebige Leiterschiene 14 hat genügend Bewegungsspielraum, um die Öffnungs- und Schließbewegung der Kontakte zu ermöglichen, welche in der Größenordnung von etwa 3 mm liegen kann. Andererseits ist die Leiterschiene 14 stark genug, um sicherzustellen, daß die Öffnungsund Schließkräfte μ nd auch die Bewegung der Abstützung im wesentlichen axial zum Schalter erfolgt. Damit werden unsymmetrische Spannungen in dem gewellten nachgiebigen und ringförmigen Element des Schalters verhindert.

Die Ausge-

709830/0317

WS82P-1563 Westinghouse

•ΛΑ'

Die Ausgestaltung der Nockenscheibe und deren Orientierung kann variiert werden, um sowohl den Bewegungsablauf einzustellen und den Vakuumkurzschlußschalter entweder im Ruhebetrieb oder Arbeitsbetrieb zu verwenden.

Die nachgiebige Leiterschiene 14 kann einen Abschnitt mit einem S-förmigen Verlauf aufweisen und ist an den Enden verschweißt, wogegen die einzelnen Blech in dem Zwischenbereich lose aufeinanderliegen. Zum Verschweißen kann ein Paket dünner Kupferbleche zusammengespannt und an den Enden durch Druckschweißung verschweißt werden, so daß die Enden im wesentlichen aus einem massiven Material bestehen und entsprechend einen größeren Strom als die dazwischenliegenden losen Bereiche aufnehmen können, welche flexibel bleiben müssen. Die Kupferbleche werden zweckmäßigerweise dadurch verklemmt, daß die Bleche mit Bohrungen versehen werden, wobei die zum Verklemmen verwendeten Bolzen eine höhere Zugfestigkeit mit einem geringeren Temperaturausdehnungskoeffizienten als Kupfer aufweisen, was bedeutet, dai. Stahl für die Bolzen Verwendung finden kann. Der in die erhitzen Blechen eingeleitete Druck schmelzt diese beim Aufrechterhalten des Klemmdruckes zusammen.

Patentansprüche

709830/0317

Claims

HLEUCHAUS & WErIStR

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 71, ¹⁷· ^Jan· ¹⁹⁷⁷

Melchiorstraße 42

WS82P-1563

Westinghouse Electric Corp. Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, USA

Patentansprüche

Niederspannungsvakuumschalter mit einem die Kontaktelemente des Schalters in eine Schließposition und Öffnungsposition verschiebenden Betätigungsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß von den axial einander gegenüberliegenden ringförmigen und nachgiebigen Kontaktelementen (20) Abstützungen (22a, 22b) wegverlaufen, daß mit den Abstützungen scheibenförmige Mon'.agelemente (24) verbunden sind, und daß der Betätigungsmechanismus im Betrieb axial auf die Abstützungen einwirkt, wobei eine drehende Antriebskraft in eine hin- und hergehende axial gerichtete Schließ- und Öffnungskraft umwandelbar ist.
2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente des Vakuumschalters über die Montageelemente an die Leiterschienen angeschlossen sind, wobei zumindest eine Leiterschiene flexibel ausgebildet ist und die axiale Bewegung der Abstützungen zum Öffnen und Schließen des Schalters zuläßt.
3. Vakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Leiterschienen starr mit einem Rahmenelement ver-

709830/0317

ORIGINAL INSPECTED

27Ü2063

- 2 - WS82P-1563

Westinghouse. .

bunden ist, in welchem eine die drehende Antriebskraft zum Öffnen und Schließen des Schalters einleitende Welle (36) gelagert ist.
4. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl derartiger Vakuumschalter nebeneinander angeordnet und elektrisch parallel zueinander über entsprechende Montageelemente an den Betätigungsmechanismus angeschlossen ist, wodurch die Schalter gleichzeitig in die Schließ- und Öffnungsposition verschiebbar sind.
5. Vakuumschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließ- und Öffnungskraft von der drehbaren Welle (36) aus über Nockenscheiben (40) auf Verbindungsplatten (39) übertragbar ist, wodurch die drehende Antriebskraft in die hin- und hergehende Schließ- und Öffnungskraft umgewandelt wird.
6. Vakuumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsplatten (39) aus einem nicht leitenden Isoliermaterial bestehen.
7. Vakuumschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheiben (40) in Öffnungen der in einem Abstand nebeneinander angeordneten Verbindungsplatten (39) gelagert sind.
8. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Enden der Verbindungsplatten mittels eines Stiftes (48) mit einem Augbolzen (46) verbunden und über

den Augbolzen an die Montageelemente angeschlossen sind, um die axial wirkende Schließ- und Öffnungskraft auf die Abstützungen einzuleiten.

709830/0317
9. Vakuumschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Enden (54) der Verbindungsplatten (39) auf ein Federscheibenpaket (52) einwirken, die auf den Montageelementen angeordnet sind.
10. Vakuumschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse der Nockenscheiben (40) in der Schließposition des Schalters auf die Schalterachse ausgerichtet ist.
11. Vakuumschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Leiterschiene aus einer Vielzahl übereinander gestapelter dünner Leiterbleche besieht die an den Enden druckverschweißt sind und im dazwischenliegenden Bereich lose auf ein anderliegen.

709fnn/0317