DE4011443A1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungs­ schalter gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des An­ spruches 1.

Die von einem Antrieb zu den davon entfernt liegenden Schalterpolen hingeführten Kraftübertragungselemente bestehen in der Regel aus Zug-Druck-Gestängen oder Dreh­ wellen. Letztere sind schwer - also mit großen Massen ausgeführt und bringen oft Probleme mit der elastischen Verdrehung (Schwingungen) mit sich.

Zug-Druck-Gestänge müssen ebenfalls wegen der notwendi­ gen Knicksicherheit mit großen Trägheitsmomenten - also schwergewichtig oder aufwendig profiliert ausgeführt sein.

Die Erfindung hat sich insbesondere die Aufgabe ge­ stellt, die Massen dieser Kraftübertragungselemente we­ sentlich zu vermindern, um Materialkosten sowie An­ triebsenergie einzusparen; ferner ist es wünschenswert, daß das nicht hermetisch von der Umwelt abschirmbare Um­ lenkgetriebe wartungsarm ist, insbesondere ohne Schmier­ stoffe auskommt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruches 1, nämlich mit einem Zug-Zug-Gestänge als Kraftübertragungselement mit zwei parallelen Stangen, welche an ihren Enden über mittig fest gelagerte Gelenkhebel miteinander verbunden sind, wobei die jeweilige Lagerstelle des polseitigen Gelenk­ hebels von der anzutreibenden Polwelle gebildet und der antriebsnahe metallene Gelenkhebel ein Dreieckshebel ist, dessen freier Arm eine Ausnehmung aufweist, in die ein geradlinig geführter Verbindungsbolzen mit definier­ ten, abgeflachten und kunststoffbewehrten Gleitflanken eingesetzt ist.

Bei einem Zug-Zug-Gestänge brauchen die die Längsseiten eines Parallelogramms bildenden Stangen nur Zugkräfte aufnehmen und sind demzufolge nur für eine solche Bela­ stung auszulegen. Bei der Ein- und Ausschaltbewegung wird jeweils nur eine der beiden Stangen gezogen, da ei­ ne Druckbelastung für die jeweils gegenüberliegende nicht möglich ist; sie würde elastisch ausweichen und ihre Länge verkürzen. Die Erfindung ließe sich demnach auch mit zwei unstarren Zugseilen verwirklichen. Bei dem erfindungsgemäßen Gestänge beträgt die bewegte Masse z. B. nur ca. 10% gegenüber der für Drehwellen benötig­ ten Masse.

Parallelogrammgestänge sind an sich bekannt; sie für die Bewältigung der hier zugrunde liegenden Aufgabe bei Lei­ stungsschaltern einzusetzen, mag überraschen, müssen mit ihnen doch nicht unerhebliche Kräfte in nur wenigen Mil­ lisekunden übertragen werden.

Eine weitere Problemlösung ist auf die Kraftübertragung an der Schnittstelle zwischen Antrieb und Umlenkgetriebe gerichtet. Hier wurde durch das Zusammenwirken von Kunststoff- und Metallgleitelementen eine wartungsarme, weil schmiermittelfreie und dennoch verschleißarme Ver­ bindung gefunden. Diesem Anspruch wird besonders eine Gleitverbindung gerecht, bei der der Kunststoff Polyoxi­ methylen (POM) mit einer Aluminiumlegierung zusammenar­ beitet. Entsprechend den Unteransprüchen 2 und 3 kommt demnach der Gelenkhebel aus Leichtmetall und der Verbin­ dungsbolzen aus POM zum Einsatz.

Verwendet man - gemäß den Unteransprüchen 4 u. 5 - ein im Polträger verdrehsicher angeordnetes Gleitstück, mit dem der Verbindungsbolzen auf einer Geraden geführt an­ getrieben wird, so werden über dieses Gleitstück Quer­ kräfte abgeleitet, und Reaktionskräfte in der Antriebs­ kinematik sind ausgeglichen.

Bei einem dreipoligen Schalter mit weit auseinanderlie­ genden Polen wird bei einem Pol - zweckmäßigerweise beim mittleren - direkt, also ohne Zug-Zug-Gestänge über das Gleitstück sowie den einzigen Gelenkhebel auf dessen Polwelle vom Antrieb her eingewirkt. Sollen über diese Verbindung auch die übrigen außenliegenden Polwellen an­ getrieben werden, so erhält man dann eine raumsparende Anordnung gemäß Unteranspruch 8, wenn die Polwelle das Kurbelgehäuse des mittleren Polgehäuses durchgreift. Ein Gelenkhebel, auf den der Antrieb einwirkt, wird dann auf dem einen Polwellenende aufgesetzt und mit dem Zug-Zug- Gestänge eines außenliegenden Poles verbunden; auf dem anderen Wellenende sitzt ein weiterer Gelenkhebel, der lediglich mit dem Zug-Zug-Gestänge des anderen außenlie­ genden Poles gekuppelt ist. Die mittlere Polwelle ist hierbei als Kraftübertragungsglied für einen außenlie­ genden Pol mitverwandt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind den beiliegenden Figuren zu entnehmen, die nachfolgend näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 ein Schema der Antriebskinematik eines Leistungsschalters, und zwar

Fig. 1 die Ausschaltstellung eines dreipoligen Schalters mit Einzelpolantrieben,

Fig. 2 die dazugehörige Einschaltstellung,

Fig. 3 die Ausschaltstellung eines dreipoligen Schalters mit einem allen Polen gemeinsa­ men Antriebselement,

Fig. 4 die dazugehörige Einschaltstellung,

Fig. 5 einen Aufriß durch einen Polträger im Be­ reich des mittleren Poles bei einem Schalter mit Einzelpolantrieben,

Fig. 6 und 7 Ansichten des Gleitstückes und

Fig. 8 den Verbindungsbolzen.

In den Fig. 1 bis 4 sind die Schalterpole 1, 2 und 3 - in praxi aufrechtstehende Isolatorsäulen - gestrichelt angedeutet. Sie enthalten die beweglichen Kontaktstücke 4, 5, 6. Die Pole sind an dem kastenförmigen Polträger 7 festgemacht und tauchen mit ihrem Kurbelgehäuse in die­ sen ein. An der Polträgerunterseite ist das einen An­ trieb beherbergende Gehäuse 8 festgemacht.

Aus den als Kolben-Zylinder-Anordnungen gewählten Ein­ zelantrieben der Fig. 1, 2 und 5 ragen die Antriebs­ stangen 9, 10, 11, die mit den Kolbenstangen identisch sein können heraus und in den Polträger 7 hinein. Sie werden in etwa längs zu den Polachsen für Antriebshand­ lungen bewegt. Dabei ist der mittlere Antrieb so ange­ ordnet, daß dessen Antriebsstange 10 - quer zur Zeichen­ ebene gesehen - längs zur Achse des mittleren Poles 2 ausgerichtet ist. An die außenliegenden, von ihren An­ trieben entfernten Polen 1 und 3 muß die Antriebskraft über ein spezielles Umlenkgetriebe herangebracht werden. Dazu sind Zug-Zug-Gestänge mit je zwei in Polachsrich­ tung übereinanderliegenden parallelen Stangen 12, 12′ eingesetzt. Diese sind an ihren Enden mit Gelenkhebeln verbunden, und zwar den antriebsnahen Gelenkhebeln 13, 13′ sowie den polnahen Gelenkhebeln 14, 14′, 14′′. Grundsätzlich wäre für den mittleren Pol lediglich ein Hebel ohne Gelenke, also ein Kurbelhebel 15, notwendig. Letzterer ist unmittelbar auf der Polwelle 16 des mitt­ leren Poles aufgesetzt und dort gleichzeitig gelagert. Lediglich bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Allpol­ antrieb wäre ein Parallelogrammgestänge für alle drei Pole möglich, wobei auch der mittlere Pol ein Gelenkhe­ bel 14′′ enthielte.

Die antriebsnahen Gelenkhebel 13, 13′ der Fig. 1 und 2 sitzen lediglich drehbar auf einer Achse 17, 17′ auf; während die polnahen Gelenkhebel 14, 14′ von den dorti­ gen Polwellen 16′, 16′′ getragen werden. Die eigentliche Schalterbetätigung erfolgt im Inneren des Polgehäuses über einen an der jeweiligen Polwelle angelenkten Über­ tragungshebel 18.

Die Gelenkhebel sind eigentlich Dreieckshebel und deren jeweiliger freier Arm 19, 19′ wird mit einer der An­ triebsstangen 9, 10, 11 zu Betätigungszwecken gekoppelt. Die Kopplung geschieht mit Hilfe eines speziellen Ver­ bindungsbolzens 29, der in einer Ausnehmung 28 des Armes 19, 19′ gleitet.

Bei einer Aktivierung des oder der Antriebe werden die Gelenkhebel 13, 13′, 14, 14′, 14′′ bzw. der Kurbelhebel 15 verschwenkt und die Stangen 12, 12′ gegeneinander verschoben. Dabei übernimmt nur eine der in Polachsen­ richtung übereinander angeordneten Stangen 12, 12′ nahe­ zu die gesamte Antriebskraft eines Poles, und zwar in Form einer Zugbeanspruchung. Es versteht sich, daß die polnahen Gelenkhebel bzw. der Kurbelhebel jeweils fest auf den Polwellen aufsitzen und diese verdrehen. Die Funktion der Kinematik wird durch die Fig. 2 und 4, die die jeweiligen Ausschaltstellungen darstellen, zu­ sätzlich verdeutlicht.

Wird gemäß Fig. 3 und 4 nur ein Antrieb mit einer An­ triebsstange 10, die auf die Polwelle 16 des mittleren Poles einwirkt, verwendet, so empfiehlt es sich, für jeden der außenliegenden Pole ein separates Zug-Zug-Ge­ stänge gemäß Fig. 1 einzusetzen. Die entsprechenden polnahen Gelenkhebel sind dann auf die mittlere Polwelle 16 aufgesetzt. Diese durchgreift das Polgehäuse im Be­ reich des Kurbelgehäuses und ragt beidseitig mit Wellen­ enden heraus (nicht sichtbar). Auf eines dieser Wellen­ enden wird dann der Gelenkhebel 14′′ aufgesetzt, und auf das andere ein Gelenkhebel, der wie die Gelenkhebel 14, 14′ ausgebildet ist. Die Polwelle 16 wird hier also als Kraftübertragungsglied für einen außenliegenden Pol mit verwandt.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch den kastenförmigen Pol­ träger 7 an der Stelle gelegt, wo die Antriebsstangen 9, 10, 11 der Einzelantriebe mit den Gelenkhebeln angekup­ pelt werden. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich eine Verbindung, nämlich die der mittleren Antriebsstan­ ge 10 mit dem als Gelenkhebel ausgeführten Kurbelhebel 15 komplett dargestellt. Die Verbindung ist über ein Gleitstück 22 - in den Fig. 6 und 7 besser ersicht­ lich - hergestellt, in dessen Gewindebohrung 26 die An­ triebsstange 10 eingesetzt ist. Es enthält an einem Kragteil 23 Buchsen mit Lagerbohrungen 24, mit denen es an parallel zu den Antriebsstangen im Polträger verlau­ fenden Führungsbolzen 25 aufgeschoben und somit rich­ tungsstabil und verdrehsicher geführt ist. Der Kurbelhe­ bel 15 wird von zwei gabelförmigen Backen 27, 27′ um­ griffen. Er enthält eine längs des Hebels verlaufende Ausnehmung 28. Insoweit ist der Kurbelhebel 15 mit den freien Armen 19, 19′ der Gelenkhebel identisch ausge­ führt. Ein Verbindungsbolzen 29 - näher in Fig. 8 dar­ gestellt - durchsetzt Bohrungen 30 in den Backen 27, 27′ des Gleitstückes sowie die Ausnehmung 28 der Gelenk- bzw. Kurbelhebel. An gegenüberliegenden Stellen des Schaftes besitzt der Verbindungsbolzen 29 abgeflachte Gleitflanken 31. Mit diesen gleitet er an den Innenflä­ chen der Ausnehmung 28 - die Antriebskraft übertragend - entlang. Die Nuten 32, 33 im Bolzen sind für geeignete Sicherungsringe und Gleitlagereinsätze vorgesehen.

Der Verbindungsbolzen 29 ist vorzugsweise aus dem Kunst­ stoff POM mit eingelagerten Stahlarmierungen gefertigt, während die mit ihm zusammenarbeitenden Gelenkhebel 19, 19′ bzw. 15 aus einer Aluminiumlegierung mit eloxierter Oberfläche ausgeführt sind.

Die Führungsbolzen für die Gelenkhebel 19, 19′ sind in Fig. 5 lediglich durch Strichpunktierung angedeutet. Dem Gleitstück 22 kommt die Aufgabe zu, Querkräfte, die insbesondere von den Antriebsstangen 9, 10, 11 einge­ bracht werden, über die Führungsbolzen 25 abzuleiten.

Die parallelen Stangen 12, 12′ sind an ihren Enden, d. h. nahe ihren Gelenkstellen 42, jeweils in Gewind­ epaßstücke 61 eingeschraubt. Nach Lösen der Kontermut­ tern 38 können die Stangen durch Verdrehen verlängert bzw. verkürzt werden.

In Fig. 5 erkennt man noch den Flansch 34 des mittleren Poles, der mit Schrauben 35 an einer Verstärkung 36 des Polträgers 7 festgemacht ist und mit seinem Kurbelgehäu­ se 37 in diesen eintaucht.

Bezugsziffernliste

 1, 2, 3 Schalterpol
 4, 5, 6 bewegliche Kontaktstücke
 7 Polträger
 8 Gehäuse
 9, 10, 11 Antriebsstangen
12, 12′ Stangen
13, 13′, 14, 14′, 14′′ Gelenkhebel
15 Kurbelhebel
16, 16′, 16′′ Polwelle
17, 17′ Achsen
18 Übertragungshebel
19, 19′ Arm
20 - frei -
21 - frei -
22 Gleitstück
23 Kragteil
24 Lagerbohrungen
25 Führungsbolzen
26 Gewindebohrung
27, 27′ Backen
28 Ausnehmung
29 Verbindungsbolzen
30 Bohrungen
31 Gleitflanken
32, 33 Nuten
34 Flansch
35 Schrauben
36 Verstärkung
37 Kurbelgehäuse
38 Kontermutter
42 Gelenkstellen
61 Gewindepaßstück

Claims (9)

1. Hochspannungsleistungschalter, insbesondere Freiluftschalter, mit einem innerhalb eines Polträgers angeordneten Umlenkgetriebe, das die vorzugsweise gerad­ linig von einem Antrieb eingebrachte Kraft in eine Dreh­ bewegung für die Polwelle umwandelt und über Kraftüber­ tragungselementen den einzelnen vom Antrieb entfernt liegenden Polen zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftübertragungselement jeweils ein Zug-Zug-Gestänge mit zwei parallelen Stangen, welche an ihren Enden über mittig drehbar gelagerte Gelenkhebel (13, 13′, 14, 14′, 14′′) miteinander verbunden sind, verwendet ist, wobei die polseitigen Gelenkhebel (14, 14′, 14′′) jeweils auf der anzutreibenden Polwelle (16, 16′, 16′′) fest aufsit­ zen und der antriebsnahe Gelenkhebel (13, 13′) ein Drei­ eckshebel ist, dessen freier Arm (19, 19′) eine Ausneh­ mung (28) aufweist, in die ein geradlinig geführter Ver­ bindungsbolzen (29) mit definierten, abgeflachten und kunststoffbewehrten Gleitflanken (31) eingesetzt ist.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mit den Verbindungsbolzen (29) zusammenarbeitenden Gelenkhebel (13, 13′) sowie der Kur­ belhebel (15) aus Leichtmetall - insbesondere einer Alu­ miniumlegierung - gebildet sind und zumindest die Gleit­ flanken (31) des Verbindungsbolzens (29) aus Polyoximet­ hylen bestehen.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbolzen (29) zur Gänze aus stahlarmiertem Polyoximethylen gebildet ist.

4. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung des freien Armes (19, 19′) des Gelenkhebels bzw. des Kurbelhebels (15) mit Antriebsstangen (9, 10, 11) eines Antriebes über ein Gleitstück (22) erfolgt, das im Polträger (7) längs der Antriebsbewegung verdrehsicher geführt ist und den freien Arm (19, 19′) bzw. den Kurbelhebel (15) mit gabelförmigen Backen (27, 27′) - die vom Verbindungsbol­ zen durchsetzt sind - umgreift.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gleitstück (22) entlang zweier im Polträger (7) angeordneter Führungsbolzen (25) bewegt wird und an einem Kragteil (23) mit zwei dafür vorgese­ henen Lagerbohrungen (24) ausgestattet ist.

6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (12, 12′) des Zug-Zug-Gestänges mindestens an einem Ende mit einem Gewindepaßstück (61) zum Variieren der Stangenlänge aus­ gestattet sind.

7. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkhebel des mitt­ leren, antriebsnahen Poles (2) als Kurbelhebel (15) aus­ gebildet ist, der ohne Zwischenschaltung eines Kraft­ übertragungsgestänges unmittelbar auf der Polwelle (16) aufsitzt.

8. Leistungsschalter mit einem gemeinsamen Antrieb für alle drei Pole, wobei der Antrieb auf die Polwelle des mittleren Poles arbeitet, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polwelle (16) das Kurbelgehäuse (37) des mittleren Poles (2) durchragt und auf dem einen Polwellenende ein Gelenkhebel (14′′) für das Zug-Zug-Gestänge des einen außen liegenden Poles (1) und auf dem anderen Polwellenende ein weiterer Gelenkhe­ bel mit zwei Gelenkarmen für die Anlenkung des Zug-Zug- Gestänges des anderen, außen liegenden Poles (3) auf­ sitzt.

9. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (12, 12′) des Zug-Zug-Gestänges, in Polachsrichtung gesehen, überein­ ander angeordnet sind.