DE3609509A1 - Elektrischer hochspannungsschalter zum erden insbesondere eines elektrostatischen beschichtungssystems - Google Patents
Elektrischer hochspannungsschalter zum erden insbesondere eines elektrostatischen beschichtungssystemsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Hochspannungsschalter gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Aus Sicherheitsgründen müssen die im Betrieb auf dem hohen
elektrischen Potential (in der Größenordnung von 100 kV
oder mehr) eines Hochspannungsgenerators liegenden
Sprüheinrichtungen elektrostatischer Beschichtungsanlagen
bei Betriebspausen geerdet werden, z.B. wenn die
Sprühkabine geöffnet wird, in der bei der
Fahrzeugherstellung üblicherweise die Karosserien lackiert
werden.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen einfachen
zweipoligen Erdungsschalter in Reihe mit einem
Dämpfungswiderstand zwischen Masse und einen
Verbindungspunkt der Sprüheinrichtung und des
Hochspannungsgenerators zu schalten. Beim Schließen des
Schalters wird also auch der Generator geerdet, der hierbei
weiterhin mit der Sprüheinrichtung verbunden bleibt, was
u.a. wegen der beim Erden zu entladenden Kapazität des
Generators bzw. aus Sicherheitsgründen unerwünscht ist.
Deshalb ist bei einem anderen bekannten Erdungssystem ein
Umschalter vorgesehen, der einen über einen
Dämpfungswiderstand an die Sprüheinrichtung angeschlossenen
Pol in der einen Schaltstellung mit dem
Hochspannungsgenerator und in der anderen Schaltstellung
mit Masse verbindet. Dieses Erdungssystem hat den Nachteil,
daß der Betriebsstrom bei eingeschalteter Sprüheinrichtung
über den Dämpfungswiderstand fließen muß, an dem hierbei
eine Spannung von einigen kV abfällt und entsprechende
Verlustleistung auftritt. Der Dämpfungswiderstand
beispielsweise in der Größenordnung von 50 oder 100 MOhm
ist an sich notwendig, weil beim Erden der Sprüheinrichtung
die in ihrer beträchtlichen Kapazität gespeicherte Ladung
abgeleitet wird.
Aus diesen Gründen ist es zweckmäßig, einen Umschalter
vorzusehen, der das Sprühsystem in seiner einen
Schaltstellung direkt mit der Hochspannungsquelle und in
seiner zweiten Schaltstellung über den Dämpfungswiderstand
mit Erde verbindet.
Darüber hinaus besteht Bedarf an einem einfachen
Erdungsschalter, der die Sprüheinrichtung zur weiteren
Erhöhung der Sicherheit zusätzlich zu den oben behandelten
Schaltern lediglich an Erde legt, ohne in seiner anderen
Schaltstellung auch für die Verbindung mit dem
Hochspannungsgenerator sorgen zu müssen.
In beiden Fällen treten weitere Probleme auf, die sich aus
der mechanischen bzw. baulichen Konstruktion des Schalters
ergeben. Die bisher für den erwähnten Zweck verwendeten
Schalter enthalten eine zwischen ihren beiden
Schaltstellungen schwenkbare Schaltzunge, die in einem mit
Isolieröl gefüllten System gelagert ist, in dem gewöhnlich
auch der Dämpfungswiderstand untergebracht ist. Zum
Umschalten war bisher eine elektromagnetische
Antriebseinrichtung vorgesehen. Es ist u.a. schwierig,
diese Schaltzunge durch ihre Antriebseinrichtung so schnell
zu bewegen, wie dies wünschenswert ist. Ferner ist eine
flexible leitende Verbindung zwischen der Kontaktzunge und
dem festen Anschluß des mit ihr ständig verbundenen
Schalterpols erforderlich. Vor allem aber hat sich in der
Praxis gezeigt, daß beim Umschalten sich wiederholende
unkontrollierbare und gelegentlich überraschende
Prellspannungsspitzen erzeugt werden, sobald ein Schalter
der bisher verwendeten Art die betreffende Schaltstellung
erreicht. Diese Spannungsspitzen haben erhebliche
Amplituden und können angeschlossene elektronische
Steuerschaltungen oder sogar die üblichen Kaskaden des
Hochspannungsgenerators oder dessen Netztransformator
beschädigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
insbesondere zum Erden eines elektrostatischen
Beschichtungssystems geeigneten Hochspannungsschalter zu
schaffen, der die Erdung schnell, zuverlässig und ohne die
Gefahr der Erzeugung von Prellspannungsspitzen durchführen
kann.
Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten
Hochspannungsschalter gelöst.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann der
Hochspannungsschalter als Umschalter in seiner einen
Schaltstellung z.B. einen elektrostatischen Zerstäuber
direkt mit dessen Hochspannungsquelle und in seiner anderen
Schaltstellung den Zerstäuber über den eingebauten
Dämpfungswiderstand mit Erde verbinden, so daß im Betrieb
kein Spannungsabfall am Dämpfungswiderstand auftritt und
bei Erdung des Zerstäubers keine galvanische Verbindung mit
der Hochspannungsquelle besteht. Es sind keine flexiblen
elektrischen Verbindungen erforderlich, alle Leiter können
vielmehr starr sein und problemlos mit dem jeweils
gewünschten Leiterquerschnitt realisiert werden. Die linear
bewegte Schaltbrücke kann ferner einfach insbesondere von
einer pneumatisch (oder hydraulisch) gesteuerten
Kolben-Zylinder-Einheit mit der gewünschten Kraft und
Schnelligkeit bewegt werden.
Es gibt zwar bereits Schaltgeräte für hohe Spannungen, bei
denen eine linear bewegbare Schaltbrücke in ihrer einen
Schaltstellung in einem evakuierten oder mit Isoliergas
gefüllten Gehäuse zwei feste Kontaktstücke verbindet, die
in eine Lastschaltstrecke geschaltet sind, und in ihrer
anderen Schaltstellung zwei auf ihrer entgegengesetzten
Seite befindliche weitere feste Kontaktstücke, von denen
das eine über das Gehäuse geerdet und das andere mit einem
der Kontaktstücke der Lastschaltstrecke verbunden ist.
Diese Schaltgeräte sind aber zum Erden von Arbeitssystemen
wie einem Beschichtungssystem nicht geeignet, weil kein
Dämpfungswiderstand vorgesehen ist, und hätten auch den
Nachteil, daß bei Berührung der nicht nachgiebigen
Schaltbrücke mit den ebenfalls nicht nachgiebigen festen
Kontaktstücken die oben erwähnten Prellspannungsspitzen
auftreten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der
Hochspannungsschalter auch als einfacher Ein-Aus-Schalter
zum gleichzeitigen Erden einer ggf. größeren Anzahl von
Zerstäubern verwendet werden, was bei den bisher bekannten
elektrostatischen Beschichtungsanlagen nicht vorgesehen und
auch nicht ohne weiteres möglich war.
Selbstverständlich könnte der erfindungsgemäß ausgebildete
Hochspannungsschalter auch zum Erden der
Hochspannungsquelle selbst oder irgendeines anderen
Arbeitssystems anstelle der hier hauptsächlich betrachteten
elektrostatischen Beschichtungseinrichtungen verwendet
werden.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Schalters gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen mittleren Vertikalschnitt durch eine
Ausführungsform des Schalters gemäß Fig. 1,
wobei der Schaltkopf zur Vereinfachung
ungeschnitten dargestellt ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Schaltkopf des Schalters,
in Fig. 2 von oben gesehen;
Fig. 4 einen weiteren Vertikalschnitt längs der
Ebene C-D in Fig. 3;
Fig. 5 das Prinzipschaltbild eines Schalters gemäß
einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform
des Schalters gemäß Fig. 5; und
Fig. 7 einen vereinfachten Querschnitt durch den Schalter
gemäß Fig. 6 mit Draufsicht auf den Schaltkopf.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Schalter S soll
z.B. während der Beschichtung von Fahrzeugrohkarossen
einen oder mehrere in einer Sprühkabine montierte
Zerstäuber Z an eine übliche Kaskade oder sonstige
Hochspannungsquelle HV schalten. Zu diesem Zweck verbindet
das als linear bewegbarer Brückenkontakt dargestellte
Schaltkontaktglied K in seiner einen Schaltstellung zwei
feste Kontaktstücke a und b, die an die Hochspannungsquelle
HV bzw. an den Zerstäuber Z angeschlossen sind. In
Beschichtungspausen und insbesondere beim Öffnen einer Tür
der Sprühkabine soll der Schalter dagegen die Verbindung
zwischen Zerstäuber Z und Hochspannungsquelle HV
unterbrechen und stattdessen den Zerstäuber über einen
Dämpfungswiderstand RD, beispielsweise in der Größenordnung
von 100 MOhm, erden. In einer zweiten Schaltstellung
verbindet das Schaltkontaktglied S deshalb zwei weitere
feste Kontaktstücke c und d, von denen das eine (c) an Erde
angeschlossen und das andere (d) über den
Dämpfungswiderstand RD mit dem Zerstäuber Z gekoppelt ist.
Abgesehen von der Kopplung über den Widerstand RD sind alle
festen Kontaktstücke voneinander isoliert.
Gemäß Fig. 2 besteht das Schaltkontaktglied K (Fig. 1)
konstruktiv aus einem Schaltkopf 10 aus beliebigem,
vorzugsweise aber isolierendem Material, auf dem vier mit
dem Schaltkopf bewegbare Kontaktstücke a′, b′, c′ und d′
angeordnet sind, die mit je einem der festen Kontaktstücke
a bis d in Eingriff bringbar sind. In Fig. 2 sind nur die
den beiden festen Kontaktstücken a und b zugewandten
bewegbaren Kontaktstücke a′ und b′ sichtbar. Der Schaltkopf
10 ist in einem kastenförmigen, in den Vertikal- und
Horizontalschnitten (vgl. Fig. 3) rechteckigen Gefäß 20 aus
Isoliermaterial längs dessen vertikaler Mittelachse X
verschiebbar gelagert. Zur Lagerung und vertikalen Führung
greift der Schaltkopf 10 auf zwei bezüglich der Achse X
diametral entgegengesetzten Seiten mit je einer horizontal
vorspringenden Nase 12 in vertikal in dem Gefäß 20
stehende Führungen 22 ein. Das Gefäß ist durch einen
aufgeschraubten Deckel 24 dicht verschlossen und
vorzugsweise mit Isolieröl gefüllt. Der Schaltkopf 10 ist
zwischen seiner in Fig. 2 dargestellten oberen Endstellung
und der gestrichelt angedeuteten unteren Endstellung über
eine den Schaltkopf 10 haltende, durch den Deckel 24
geführte Betätigungsstange 26 von einer auf dem Deckel 24
montierten Antriebseinrichtung hin- und herbewegbar. Die
Antriebseinrichtung besteht zweckmäßig aus einer
pneumatisch über Einlässe 28 und 29 gesteuerten
Kolben-Zylinder-Einheit 27. Ein besonderer Vorteil ist
hierbei die Möglichkeit, definierte und stabile
Endstellungen des Schalters zu erreichen und zu
kontrollieren, beispielsweise durch pneumatisch gesteuerte
Anzeigemittel. Der Zylinder der Einheit 27 enthält auch
eine (nicht dargestellte) Schraubenfeder, die durch Druck
oder Zug auf die Betätigungsstange 26 den Schaltkopf 10 in
seine Erdungsstellung vorspannt, so daß bei Ausfall der
pneumatischen Steuerung der Zerstäuber zwangsweise
abgeschaltet und geerdet wird.
Die (bei der hier dargestellten Konstruktion im Gegensatz
zu der schematischen Darstellung in Fig. 1 unten liegenden)
festen Kontaktstücke a und b sind in der Nähe des
Gefäßbodens an einem gesonderten Isolierteil 30 montiert,
das fest mit den erwähnten Führungen 22 sowie mit diesen
benachbarten, ebenfalls vertikal in dem Gefäß 20 stehenden,
durch den Deckel 24 hindurchgeführten isolierenden
Leitungsrohren 32 verbunden ist. Die ortsfesten
Kontaktstücke a, b befinden sich darstellungsgemäß an den
Kontaktstücken a′, b′ entsprechenden Stellen auf zueinander
entgegengesetzten Seiten der Achse X und sind über
Verbindungsleiter elektrisch an durch die Leitungsrohre 32
führende Kabel oder Hochspannungsleiter angeschlossen, die
ihrerseits mit zur Kaskade oder Hochspannungsquelle HV
bzw. zum Zerstäuber Z (Fig. 1) führenden
Hochspannungskabeln verbunden sind. Die Führungen 22 und
die Leitungsrohre 32 sind so an dem Deckel 24 befestigt,
daß mit diesem die gesamte beschriebene Einheit
einschließlich Isolierteil 30 und einschließlich des durch
die Stange 26 gehaltenen Schaltkopfes 10 aus dem Gefäß 20
herausgenommen werden kann.
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Ebene A-B durch Fig. 3,
aus der u.a. die horizontale Querschnittsform des Gefäßes
20 sowie die Form des Schaltkopfes 10 in Draufsicht von
oben ersichtlich sind. Der Schaltkopf 10 besteht zweckmäßig
aus einem allgemein z.B. zylindrischen, zu der Achse X
koaxialen Kunststoffkörper 14 mit einem Ringflansch 11, von
dem die erwähnten Nasen 12 abstehen. An dem Ringflansch 11
sind die vier Kontaktstücke a′, b′, c′ und d′ (die hier nur
hinsichtlich ihres Ortes erkennbar sind) mit gegenseitigen
Winkelabständen von z.B. jeweils etwa 90° um die Achse X
verteilt, wobei die Kontaktstücke a′ und b′ vertikal
(in Fig. 2) nach unten und die Kontaktstücke c′ und d′
(vgl. Fig. 4) nach oben weisen. Durch die gegenseitige
Winkelversetzung der Kontaktstücke wird deren räumliche
Anordnung auf dem Schaltkopf 10 ohne gegenseitige
konstruktive Behinderung erleichtert. Die für die
Schaltbrückenfunktion gemäß Fig. 1 notwendige feste
elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstücken a′ und
b′ bzw. zwischen c′ und d′ kann beispielsweise durch
metallische Ringelemente 16 realisiert sein.
Entsprechend der erläuterten Anordnung der Kontaktstücke
des Schaltkopfes 10 befinden sich in Fig. 2 die den
Kontaktstücken c′ und d′ zugewandten (nicht sichtbaren)
oberen festen Kontaktstücken c und d vor bzw. hinter der
Achse X, sind also ebenfalls um 90° bezüglich der
sichtbaren unteren Kontaktstücke a und b versetzt. Die
nicht sichtbaren oberen festen Kontaktstücke c und d können
zweckmäßig in geeigneten Isolierteilen an dem Deckel 24
montiert sein. Das Kontaktstück c kann durch eine leitende
Verbindung mit einem auf dem Deckel 24 angebrachten
Anschlußelement (nicht dargestellt) geerdet werden.
Das andere obere feste Kontaktstück d ist in Fig. 4
erkennbar, die einen weiteren Schnitt durch Fig. 3 längs
der Ebene C-D zeigt. Das Kontaktstück d ist
darstellungsgemäß an einem mit dem Deckel 24 verbundenen
Isolierteil 34 montiert und durch einen Leiter 36 mit dem
oberen Pol eines langgestreckten, vertikal in einem Rohr 37
angeordneten Widerstandselement 38 verbunden. Das
Widerstandselement 38 dient als Dämpfungswiderstand RD
gemäß Fig. 1, und sein unterer Pol ist demnach über eine
leitende Verbindung 39 an das feste Kontaktstück b
angeschlossen, das auch mit der durch das eine Rohr 32 zu
dem äußeren Anschluß 33 für den Zerstäuber führenden
Leitung verbunden ist (Fig. 2). Das Rohr 37 ist
darstellungsgemäß mit seinen Enden am unteren Isolierteil
30 bzw. an einem Ansatz des oberen Isolierteils 34
befestigt und somit fest mit dem Deckel 24 verbunden.
Aus Isolationsgründen soll auch das Widerstandselement 38
in das Isolieröl des Gefäßes 20 eingetaucht sein. Man
könnte deshalb einfach ausreichend große Löcher im Rohr 37
vorsehen, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der
Durchmeser des Widerstandselements 38. Wie sich in der
Praxis zeigt, kann sich aber bei ungehindertem Zugang des
Isolieröls aus dem Hauptteil des Gefäßes 20 zu dem
Widerstandselement 38 an diesem Ölkohle absetzen, die
infolge kleiner Lichtbögen an den Kontakten des Schalters
erzeugt werden kann. Bei einem für ähnliche Zwecke
verwendeten bekannten Schalter war das Widerstandselement
in das Isoliermaterial des Schalters eingegossen, was
aufwendig und auch aus baulichen Gründen unzweckmäßig ist.
Bei dem hier beschriebenen Beispiel sitzt aus diesen
Gründen das Widerstandselement 38 in einem Rohr 37, das
keine Löcher hat, sondern aus einem speziellen
Filtermaterial besteht, welches nur für die
Isolierflüssigkeit, nicht aber für Ölkohle und sonstige die
Isolationsfestigkeit herabsetzende Bestandteile der
Isolierflüssigkeit durchlässig ist. Derartige
Filtermaterialien, z.B. spezielle Kunststoffe, sind für
andere Zwecke an sich bekannt.
Wie eingangs erwähnt wurde, war ein wesentliches Ziel der
Konstruktion des hier beschriebenen Schalters ein
schnelles, jedoch möglichst prellfreies Schließen der
jeweiligen Stromkreise. Voraussetzung hierfür ist neben dem
Linearantrieb des Schaltkopfes 10 insbesondere eine
geeignete Anordnung und Ausbildung der Kontaktstücke, und
zwar derart, daß bei der gegenseitigen Berührung eines
Kontaktstücks mit seinem Gegenkontaktstück mindestens das
eine von ihnen bezüglich seiner eigenen Halterung oder in
sich selbst elastisch (federnd) nachgeben soll.
Beispielsweise könnte man zu diesem Zweck für die
Kontaktstücke des Schaltkopfes 10 oder für die
Gegenkontaktstücke jeweils einen Kontaktstift vorsehen, der
längs der Richtung zum zugehörigen anderen Kontaktstück in
einer Haltehülse gegen die Kraft einer Feder verschiebbar
gelagert ist. Bei dem dargestellten Beispiel wird aber eine
andere Konstruktion bevorzugt, nämlich die Ausbildung des
einen Kontaktstücks als achsparallel starr montierter
Kontaktfinger, der in eine das zugehörige andere
Kontaktstück bildende Kontakthülse eingreift, welche am
Ende durch axial verlaufende Einschnitte 29 (Fig. 2 und 4)
in einzelne Segmente unterteilt ist, deren Innendurchmesser
geringer ist als der Durchmesser des Kontaktfingers, so daß
sie von diesem bei Eingriff federnd aneinandergedrückt
werden. Derartige Kontaktfinger und als "Tulpen"
bezeichnete Kontakthülsen sind an sich zur
lichtbogenbeständigen Bestückung von Hoch- und
Mittelspannungs-Schaltgeräten bekannt. Wie in Fig. 2 und
Fig. 4 erkennbar ist, können die Kontaktstücke a′, b′, d′
und das nicht sichtbare Kontaktstück c′ als Kontaktfinger
ausgebildet sein, während die zugehörigen "Tulpen" als
Gegenkontaktstücke a bis d dienen.
Während die nach unten weisenden Kontaktstücke a′ und b′
des Schaltkopfes 10 gleich lang und in derselben
Horizontalebene montiert sein können, besteht auch die
Möglichkeit einer Anordnung der Kontaktfinger und/oder
der "Kontakttulpen" in unterschiedlicher Höhe wie im Falle
der oberen Kontaktstücke. Ebenso wie die unteren
Kontaktstücke a′ und b′ des Schaltkopfes 10 sind auch die
nach oben weisenden Kontaktstücke c′ und d′ am hinteren
Fingerende in dem unteren Ringflansch 11 ( Fig. 3) des
Schaltkopfes 10 montiert, doch kann das in Fig. 4 sichtbare
Kontaktstück d′ aus konstruktiven Gründen weiter nach oben
ragen als das Kontaktstück c′ . Die Kontaktstücke des
Schaltkopfes und/oder ihre Gegenkontaktstücke sind
zweckmäßig axial justierbar montiert.
Aus elektrischen Gründen kann es ferner vorteilhaft sein,
wenn beim Umschalten in eine (oder beide) der
Schaltstellungen das eine Kontaktstückpaar etwas früher
bzw. später in Eingriff kommt als das jeweils andere Paar.
Insbesondere kann eine nacheilende Berührung des das
geerdete Kontaktstück c enthaltenden Paares nach Anschluß
des Schaltkopfes an den Dämpfungswiderstand RD zweckmäßig
sein, weil dann unter Umständen geringere Spannungsspitzen
beobachtet werden. Dies ist durch die axial justierbare
Montage der Kontaktstücke realisierbar. Beispielsweise
kann der axiale Abstand zwischen dem nacheilend
geschlossenen Kontaktstückpaar um etwa 1,5 mm größer
sein als der des anderen Kontaktstückpaares auf der selben
Seite des Schaltkopfes.
Ein Erdungsschalter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, der nur eine Arbeitsstellung hat, in der er
eine ggf. größere Anzahl n von Zerstäubern Z 1... Zn
gleichzeitig erden soll, ist schematisch in Fig. 5
dargestellt. Der wie beim ersten Ausführungsbeispiel linear
vorzugsweise von einer pneumatischen
Kolben-Zylinder-Einheit über deren Betätigungsstange 56
angetriebene Schaltkopf 50 dieses Schalters ist in seiner
Ruhelage von den Zerstäubern Z 1 ...Zn und darstellungsgemäß
auch von dem geerdeten festen Kontaktstück c isoliert. An
eine Hochspannungsquelle wie HV in Fig. 1 ist dieser
Schalter nicht angeschlossen. Der Schaltkopf 50 hat auf
seiner einen Seite n Kontaktstücke b′1... b′n, die je einem
festen Kontaktstück b 1 ... bn des Schalters zugewandt sind,
welche ihrerseits mit je einem der Zerstäuber Z 1 ... Zn
(oder in der Praxis mit je einer Gruppe von zwei oder mehr
Zerstäubern) verbunden sind. Daneben hat der Schaltkopf auf
derselben Seite ein dem geerdeten Kontaktstück c
zugewandtes Kontaktstück c′, das über je einem
Dämpfungswiderstand RD ... RDn mit allen Kontaktstücken
b′1... b′n elektrisch leitend verbunden ist. Wenn also der
Schaltkopf 50 in seine in Fig. 5 obere Arbeitsstellung
bewegt wird und die Kontaktstücke der jeweiligen Paare in
Eingriff kommen, werden gleichzeitig alle Zerstäuber über
ihre Dämpfungswiderstände und über die Kontaktstücke c, c′
geerdet.
Statt des dargestellten, derzeit bevorzugten Beispiels
könnte der Schaltkopf mit seinen Kontaktstücken b′1 bis b′n
auch ständig geerdet sein, d.h. die Kontaktstücke c und c′
könnten durch eine ständige Verbindung ersetzt sein. Ferner
könnte statt der dargestellten n Dämpfungswiderstände RD 1
... RDn ein einziger gemeinsamer Widerstand in den
Erdungskreis geschaltet sein. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, je einen Dämpfungswiderstand innerhalb des
Schalters in die ortsfesten Stromkreise der Kontaktstücke
b 1 ... bn zu schalten, statt sie in dem Schaltkopf 50
anzuordnen.
Eine konstruktiv zweckmäßige Ausführungsform des Schalters
nach Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt. Sie zeigt einen
Schnitt durch einen Schalter mit einem zylindrischen
Gehäuse 60 in einer dessen vertikale Mittelachse
enthaltenden Ebene. Das Gehäuse 60 ist vorzugsweise mit
Isolieröl gefüllt. Längs der Mittelachse bewegbar ist in
dem Gehäuse 60 der Schaltkopf 50 gelagert, der hier im
wesentlichen aus zwei vertikal beabstandeten, z.B. durch
einstückig angeformte Speichen 53 mit einer zentralen
nabenartigen Tragachse 54 verbundenen kreisförmigen
Ringkörpern 51, 52 aus Isoliermaterial besteht. Auf dem
oberen Ringkörper 51 sind um den Umfang des Schaltkopfes
zweckmäßig in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt die
n Kontaktstücke b′1 usw. gemäß Fig. 5 sowie das
Kontaktstück c′ befestigt. Bei dem dargestellten Beispiel
sind insgesamt n = 5 Kontaktstücke für zu erdende
Zerstäuber vorgesehen, von denen in Fig. 6 neben dem
Kontaktstück c′ nur drei Kontaktstücke b′1, b′2 und b′3
sichtbar sind. Die den Kontaktstücken b′1 ... b′ 5
zugeordneten und mit ihnen leitend verbundenen
Dämpfungswiderstände RD 1 ... RDn sind in der dargestellten
Weise vertikal zwischen den beiden Ringkörpern 51, 52
montiert, und zwar jeweils in der Nähe ihres zugehörigen
Kontaktstücks. Zwischen den Widerständen können die
Ringkörper 51, 52 durch vertikale Verstärkungsbolzen 55
miteinander verbunden sein. Der untere Ringkörper 52 trägt
elektrische Leiter 58, die die unteren Pole der
Dämpfungswiderstände RD 1 ... RD 5 leitend miteinander
und mit dem Kontaktstück c′ verbinden.
Die nabenartige Tragachse 54 des Schaltkopfes 50 ist mit
dem unteren Ende der Betätigungsstange 56 einer auf einem
Deckel 62 des Gehäuses 60 montierten pneumatischen (oder
hydraulischen) Kolben-Zylinder-Einheit 67 verschraubt oder
auf andere Weise verbunden. Der Zylinder der Einheit 67
enthält eine Schraubenfeder, die durch Druck oder Zug auf
die Stange 56 den Schaltkopf 50 in seine obere (gestrichelt
gezeigte) Arbeitsstellung vorspannt, so daß bei Ausfall
der pneumatischen Steuerung alle Zerstäuber selbsttätig
geerdet werden. Zur vertikalen Führung des von der Einheit
67 bewegten Schaltkopfes 50 können in das Gehäuse
beispielsweise zwei Führungsstangen eingesetzt sein, von
denen in Fig. 6 nur die eine Führungsstange 64 sichtbar
ist, und die in zweckmäßiger Weise mit entsprechenden
Ausnehmungen 63 (Fig. 7) der Ringkörper 51, 52 in
gleitendem Eingriff stehen. Die Führungsstangen 64 können
oben an dem Deckel 62 befestigt und unten durch eine
Querstrebe 65 verbunden sein. Bei dieser Konstruktion
können also wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die
vertikalen Führungsschienen des Schaltkopfes mit dem Deckel
des Schaltergehäuses aus dem Gehäuse herausgenommen werden.
An dem Deckel 62 sind ferner auf seiner Innenseite die
festen Gegenkontaktstücke b 1 bis b 5 und das geerdete feste
Kontaktstück c angeordnet. Durch abdichtende
Durchführungen 68 bzw. 69 sind diese Kontaktstücke mit
zu den Zerstäubern Z 1 bis Zn (Fig. 5) führenden
Hochspannungskabeln bzw. im Fall des Kontaktstücks c
mit einer Erdungsklemme 70 leitend verbunden.
Für die aus Kontaktfingern und Kontakt-"Tulpen" bestehenden
Kontaktstückpaare gelten dieselben Erläuterungen wie beim
ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bis 4. Bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind jedoch alle
Kontaktfinger in derselben Richtung und zweckmäßig auch in
derselben horizontalen Ebene angeordnet, von dem etwas
größeren axialen Abstand zwischen den Kontaktstücken c, c′
für entsprechend nacheilenden Erdkontakt abgesehen. Die
tulpenartigen Kontaktstücke können in äußeren
Abschirmungshülsen 71 angeordnet sein, die den
Durchführungen 68, 69 angeformt sind.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind alle in dem
Gehäuse 60 befindlichen Teile des Schalters an dem Deckel
62 befestigt und mit diesem aus dem Gehäuse 60
herausnehmbar.
Die Form der den Schaltkopf 50 bildenden Ringkörper mit
ihren Speichern 53 und die Lage der auf dem oberen
Ringkörper 51 angeordneten, die Kontaktstücke b 1 bis b 5
bildenden Kontaktfinger sind genauer in Fig. 7 erkennbar,
die einen Schnitt durch Fig. 6 längs der Ebene E-F
(bei Weglassung der Kontaktstücke b 1 usw.) zeigt. Auch die
axialen, z.B. runden Führungsstangen 64 und die
Querstrebe 65 sind hier besser zu erkennen.
Die Schalter gemäß den hier beschriebenen
Ausführungsbeispielen zeichnen sich durch eine kompakte,
mechanisch und elektrisch zuverlässige Bauweise aus. Es
werden keine flexiblen oder beweglichen Leiter benötigt,
und die vorhandenen Leiter können problemlos mit
ausreichender Stärke und den jeweils erforderlichen
Querschnitten realisiert werden.
Claims (18)
1. Elektrischer Hochspannungsschalter zum Erden eines auf
Hochspannungspotential legbaren Arbeitssystems,
insbesondere eines elektrostatischen
Beschichtungssystems,
mit einem Öl oder ein anderes Isoliermedium enthaltenden
Gefäß,
in dem ein Schaltkontaktglied, das von einer
Antriebseinrichtung zwischen zwei Stellungen bewegbar
ist,
in seiner einen Stellung mindestens ein Kontaktstück,
das mit dem Arbeitssystem gekoppelt oder koppelbar ist,
mit einem geerdeten Kontaktstück innerhalb des Gefäßes
verbindet,
und mit einem von dem Schaltkontaktglied zwischen das
Arbeitssystem und Erde schaltbaren Dämpfungswiderstand,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltkontaktglied durch einen linear längs
einer Achse des Gefäßes (20, 60) verschiebbar gelagerten
Schaltkopf (10, 50) gebildet ist,
auf dem mindestens zwei elektrisch leitend miteinander
verbundene Kontaktstücke (c′, d′, usw.) angeordnet sind,
die auf derselben Seite des Schaltkopfes (10, 50) in
achsparalleler Richtung je einem festen
Gegenkontaktstück (c, d, usw.) des Schalters zugewandt
sind,
und daß die Kontaktstücke (c′, d′) des Schaltkopfes (10,
50) und/oder die Gegenkontaktstücke (c, d) nachgiebig
ausgebildet sind, so daß sie dem jeweils anderen
Kontaktstück bei der gegenseitigen Berührung elastisch
nachgeben.
2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaltkopf (10) je zwei leitend miteinander
verbundene Kontaktstücke (a′, b′; c′, d′) auf
entgegengesetzten Seiten trägt, und daß die
Kontaktstücke (a′, b′), die sich auf der dem geerdeten
Kontaktstück (c) abgewandten Seite befinden, zwei
weiteren ortsfesten Gegenkontaktstücken (a, b) zugewandt
sind, die an die Hochspannungsquelle (HV) bzw. an das
Arbeitssystem (Z) angeschlossen sind und von dem
Schaltkopf (10) in der zweiten Schaltstellung verbunden
werden.
3. Hochspannungsschalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaltkopf (10) ein Körper aus Isoliermaterial
ist, auf dem die Kontaktstücke (a′, b′; c′, d′) an vier
winkelversetzt (z.B. um jeweils etwa 90°) um die
Achse verteilten Stellen angeordnet sind.
4. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf derselben Seite des Schaltkopfes (50) mehrere
geerdete oder mit einem Kontaktstück (c′), das auf
derselben Schaltkopfseite einem geerdeten festen
Kontaktstück (c) zugewandt ist, elektrisch leitend
verbundene weitere Kontaktstücke (b′1 ...b′n) angeordnet
sind,
die je einem zu erdenden festen Gegenkontaktstück
(b 1...bn) zugewandt sind.
5. Hochspannungsschalter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaltkopf (50) einen ringförmigen Körper (51)
aus Isoliermaterial hat, auf dem die Kontaktstücke
(b′1 ...b′n, c′) in gleichmäßigen gegenseitigen
Winkelabständen angeordnet sind.
6. Hochspannungsschalter nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Paare einander zugewandter Kontaktstücke (a, a′
usw.) jeweils aus einem axial vorspringenden
Kontaktfinger und einer Kontakthülse bestehen, welche am
Ende durch axial verlaufende Einschnitte (29) in
einzelne Segmente unterteilt sind, deren
Innendurchmesser geringer ist als der Durchmesser des
Kontaktfingers, so daß sie von diesem beim Eingriff
federnd auseinandergedrückt werden.
7. Hochspannungsschalter nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktstücke (a′, b′ usw.) des Schaltkopfes
(10, 50) und/oder ihre Gegenkontaktstücke (a, b usw.) in
ihrer axialen Position justierbar sind.
8. Hochspannungsschalter nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der axiale Abstand zwischen einem Kontaktstückpaar
(c, c′) auf einer oder auf beiden Seiten des
Schaltkopfes (10, 50) größer ist als der Abstand
zwischen den übrigen Kontaktstückpaaren auf derselben
Seite des Schaltkopfes (10, 50), so daß die
Kontaktstücke (c, c′) mit dem größeren Abstand
nacheilend in Berührung kommen, wenn der Schaltkopf (10,
50) in die betreffende Schaltstellung bewegt wird.
9. Hochspannungsschalter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das nacheilend in Berührung kommende
Kontaktstückpaar das geerdete Kontaktstück (c) enthält.
10. Hochspannungsschalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein innerhalb des Gefäßes (20) angeordnetes
elektrisches Widerstandselement (38) zwischen den
äußeren Anschluß (33) des Schalters für das
Arbeitssystem (Z) und das ortsfeste Kontaktstück (d)
geschaltet ist, welches sich auf derselben Seite des
Schaltkopfes (10) neben dem geerdeten festen
Kontaktstück (c) befindet.
11. Hochspannungsschalter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jedes der zwei oder mehr weiteren Kontaktstücke
(b′1 ...b′n) ein elektrisches Widerstandselement (RD 1
...RDn) in dem Gefäß (60) angeordnet ist.
12. Hochspannungsschalter nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandselemente (RD 1 ... RDn) in dem
Schaltkopf (50) montiert
und zwischen dessen weitere Kontaktstücke (b′1 ...b′n)
und deren gemeinsame elektrische Verbindung (58)
geschaltet sind.
13. Hochspannungsschalter nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandselemente (RD 1 ... RDn) mit
gleichmäßigen gegenseitigen Winkelabständen zwischen
zwei axial beabstandeten Ringkörpern (51, 52) des
Schaltkopfes (50) montiert sind.
14. Hochspannungsschalter nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das oder jedes elektrische Widerstandselement (38)
in dem Gefäß (20) in dessen Isoliermedium innerhalb
eines Rohres (37) aus einem Filtermaterial angeordnet
ist, das für das Isoliermedium (Öl) durchlässig, für
den Isolationswiderstand des Widerstandselementes (38)
herabsetzende Bestandteile oder Abscheidungen (Ölkohle)
des Mediums dagegen undurchlässig ist.
15. Hochspannungsschalter nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinrichtung zum Betätigen des Schalters
eine mit dem Schaltkopf (10, 50) verbundene doppelt
wirkende Kolben-Zylinder-Einheit (27, 67) ist, deren
Zylinder auf dem Gefäß (20, 60) längs dessen Achse
montiert ist.
16. Hochspannungsschalter nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Zylinder eine den Schaltkopf (10, 50) in
eine seiner Endstellungen vorspannende Feder angeordnet
ist.
17. Hochspannungsschalter nach einem der vorangehenden
Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit dem Schaltkopf (10, 50) verbundene
Antriebseinrichtung (27, 67), die ortsfesten
Kontaktstücke (a-d) tragende Isolierteile (30, 34),
der Dämpfungswiderstand (RD) sowie ggf. vorhandene
Leitungsrohre (32) für von den festen Kontaktstücken
(a-d) nach außen führende Leitungen fest mit einem
Deckel (24, 62) des Gefäßes (10, 50) verbunden und mit
diesem aus dem Gefäß (10, 50) herausnehmbar sind.
18. Hochspannungsschalter nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaltkopf (10, 50) längs innerhalb des Gefäßes
(10, 50) parallel zu dessen Achse (X) angeordneten
Führungsschienen (22, 64) gleitet.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863609509 DE3609509A1 (de) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | Elektrischer hochspannungsschalter zum erden insbesondere eines elektrostatischen beschichtungssystems |
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DE19863609509 DE3609509A1 (de) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | Elektrischer hochspannungsschalter zum erden insbesondere eines elektrostatischen beschichtungssystems |
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