DE4123673A1 - Vorrichtung zum schalten einer hochstromzufuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten, insbe­ sondere Öffnen und Schließen einer Hochstromzuführung, beispielsweise für fahrbare Schmelzeinrichtungen an Ein- und Umschmelzanlagen, mit einem stationären Vorrichtungsteil und einer Zuleitung, vorzugsweise von einem stationären Hochstromerzeuger und einem mobilen Vorrichtungsteil mit einer Hochstromzuleitung vorzugsweise zu einem Verbraucher, einer Kontaktfläche zwischen dem stationären und dem mobilen Teil zur Übertragung des Hochstroms sowie einer Vorrichtung zur Arretierung der beiden Teile.

Es sind auch Einrichtungen für ähnliche Einsatzmöglichkeiten bekannt, wie z. B. (DE-PS 12 93 360), die eine Einrichtung zur Halterung und Stromversorgung einer Abschmelzelektrode in einem Lichtbogenofen beschreibt, insbesondere in einem Vakuumlichtbogenofen, mit einer in der verlängerten Elek­ trodenachse angeordneten Elektrodenhaltestange, deren unteres Ende als Tragkopf ausgebildet ist, und mit am Trag­ kopf angeordneten Haltevorrichtungen, die in Ausnehmungen am Elektrodenkopf eingreifen.

Diese bekannten Ausführungen von Vorrichtungen zum Schalten einer Hochstromzuführung haben den Nachteil, daß sie bei der Übertragung eines Stromes von z. B. 30-60 kA nicht mehr zu­ verlässig und betriebssicher einsetzbar sind, da die maxi­ male Strombelastung bei formschlüssig verbundenen Hochstrom­ kontakten technisch begrenzt ist. Hinzu kommen die widrigen äußeren Einsatzbedingungen von z. B. metallurgischen Anlagen in extrem staubhaltiger Umgebung, die eine einwandfreie Über­ tragung des Hochstroms an den Kontaktflächen durch Ver­ schmutzung zusätzlich erschweren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zum Schalten einer Hochstromverbindung zu ent­ wickeln, die eine zuverlässige Übertragung hoher Ströme - größer 30 kA - ermöglicht sowie den Einfluß der staub­ haltigen Umgebung auf die Hochstromübertragung eliminiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch, daß die Kontakt­ fläche am stationären Teil vorzugsweise in Form einer Halb­ kugel und die korrespondierende Kontaktfläche am mobilen Teil, vorzugsweise als kegelförmige Innenfläche ausgebildet ist und die Kontakte mittels einer Spannvorrichtung kraft­ schlüssig miteinander verbindbar sind, wobei die Spannvor­ richtung beispielsweise aus einem Zentrier- und Zugbolzen besteht, der fest mit dem stationären Teil verbunden ist, sowie einer korrespondierenden Kugelklemmvorrichtung, die Teil eines mobilen Teils ist, und daß die Spannvorrichtung gegen die stromleitenden Kontakte mittels Isolatoren elek­ trisch isoliert ist.

Die Vorrichtung weist mit Vorteil eine Kugel-/Kegelverbin­ dung auf, die zunächst eine optimale Kontaktfläche mit einer Selbstzentrierfähigkeit aufweist und in Kombination mit einer Spannvorrichtung, wie z. B. einer Kugelklemmvorrichtung eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Kontakte erreicht. Um einen getrennten Verlauf von Kraft- und Stromlinien inner­ halb der Vorrichtung zu erzielen, wurde mit Vorteil der stromführende Bereich, von dem kraftbeaufschlagten Bereich konstruktiv sowie durch Einlegen elektrischen Isolatoren ge­ trennt.

Der Einfluß der extrem staubhaltigen Umgebungsluft auf die beiden Kontaktflächen durch Verschmutzung konnte mittels einer Abdeckung sowie einer Einrichtung zum Reinigen der Kontaktflächen mit z. B. Druckluft nahezu eliminiert werden.

Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglich­ keiten zu; ein Beispiel ist in der einzigen Zeichnung näher dargestellt, und zwar zeigt diese eine erfindungsgemäße Vor­ richtung zum Schalten einer Hochstromzuführung mit unter­ schiedlichen Betriebszuständen: auf der linken Hälfte der Figur ist der geöffnete und auf der rechten Hälfte der ge­ schlossene Zustand der Hochstromzuführung dargestellt.

Eine Stromschiene 1 führt von einer nicht dargestellten stationären Hochstromversorgung, wie z. B. einem Trans­ formator zu einem Kontaktstück 2. Dieses Kontaktstück 2 bildet den stationären Teil S der Hochstromzuführung und ist ortsfest montiert. Es ist zur Achse A-A im wesentlichen rotationssymmetrisch und an seinem unterem Ende in Form einer Halbkugel 2a ausgeführt. In der Mitte dieser Halbkugel 2a ist ein zylindrischer Zentrier- und Zugbolzen 2b ange­ bracht, der ein pilzförmig erweitertes Ende aufweist. Während der Zentrierbolzen 2b aus Edelstahl gefertigt ist, besteht die Halbkugel 2a sowie der restliche Teil des Kon­ taktstücks 2 und der Kontaktflansch 3 aus Kupfer. Der halb­ kugelförmige Bereich 2a des Kontaktstücks 2 sitzt in einer, zu diesem Bereich korrespondierenden kugelförmigen Vertiefung 3a eines Kontaktflansches 3. Dieser bildet mit weiteren, fest miteinander verbundenen Komponenten den beweglichen Teil B der Hochstromzuführung. Die Berührungsstellen zwischen Kon­ taktstück 2 und Kontaktflansch 3 bilden die Kontaktfläche 2d, 3d.

Der Bolzen 2b ist durch eine zentrisch in den Flansch 3 eingebrachte Bohrung 3b hindurch geführt. Der Flansch 3 ist weiterhin mit einem geschlossenen Kanal 3c zur Führung eines Kühlmediums versehen. An diesen Flansch 3 ist seitlich ein einphasiges, flexibles Stromkabel 4 angeschlossen, welches zu einem Verbraucher, beispielsweise einer nicht gezeigten Schmelzstelle, führt. Der Flansch 3 liegt mit dem radial äußeren Teil seiner Unterseite auf einer ebenen Tragplatte S auf. An den radial innenliegenden Teil der Unterseite des Flansches 3 schließt sich eine Hülse 6 mit einer durch­ gehenden axialen Öffnung an, die mit dem Flansch 3 verschraubt ist. An der Kontaktstelle zwischen Flansch 3 und Hülse 6 ist ein Ring 7 als elektrischer Isolator eingelegt.

Die Hülse 6 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch ausge­ bildet und hat eine Verengung 6a ihres lichten Querschnitts, an die sich je ein kegeliger Abschnitt 6b, 6c zu beiden Seiten der Verengung 6a anschließen. In dem axial unteren Teil der Hülse 6 befindet sich eine Gewindebohrung 6d, an die sich eine nicht dargestellte Druckleitung zum Ausblasen des Innenraums mit beispielsweise Druckluft oder Stickstoff anschließt.

An der Unterseite der Hülse 6 ist ein Hydraulikzylinder 8 angeflanscht, dessen Kolbenstange 8a nach oben in den Innenraum der Hülse 6 hineinragt, während der nach unten hängende Zylinder 8 mit einer kreiszylindrischen Haube 9 verkleidet ist. Am Boden dieser Haube 9 befindet sich ein Endschalter 10 zur Begrenzung des Kolbenhubs.

Das obere Ende der Kolbenstange 8a ist mit einem Gewinde versehen, auf das wiederum eine ebene Scheibe 11 aufge­ schraubt ist. Diese Scheibe 11 besitzt Bohrungen 11a, 11b zum Durchlaß, der zum Ausblasen benötigten Druckluft bzw. des Stickstoffs an die Kontaktflächen.

Auf der, der Kolbenstange 8a gegenüberliegenden Oberseite der Scheibe 11 ist eine zylindrische Büchse 13 mit einem flanschförmigen Bund aufgesetzt und mit der Scheibe 11 verschraubt. Eine zwischen den beiden Bauteilen 11, 13 eingelegte Isolierscheibe 12 stellt sicher, daß die Scheibe 11 und die Büchse 13 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die axiale Bohrung 13a der Büchse 13 ist in ihrem Durchmesser so bemessen, daß die pilzförmige Verdickung des Zentrier- und Zugbolzens 2b in Richtung der Achse A-A gerade frei beweglich ist. In dem axial obenliegenden Ende der Büchse 13 sind mehrere Bohrungen 14, 14′, . . . in radialer Richtung eingebracht, in denen sich jeweils eine Kugel 15, 15′, . . . befindet. Der Durchmesser der Kugeln 15, 15′, . . . ist so gewählt, daß diese in den Bohrungen 14, 14′, . . . gerade frei beweglich sind und die axiale Bohrung 13a gänzlich freigeben können.

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist folgende:
Der gesamte untere mobile Teil M der Vorrichtung, bestehend im wesentlichen aus dem Kontaktflansch 3, der Hülse 6, dem Stromkabel 4 und alle weiteren mit diesen Bauteilen fest verbundenen Komponenten befindet sich zunächst unterhalb des freien Endes des Bolzens 2b am stationären oberen Teil der Vorrichtung. Die Kolbenstange 8a ist in ihrer oberen Endposition, wie auf der linken Seite der Darstellung gezeigt und die Kugeln 15, 15′, . . . sind in ihren jeweiligen Bohrungen 14, 14′, . . . frei beweglich.

Mittels einer nicht dargestellten Einrichtung die an die Trag­ platte 5 angreift, wird nun die untere mobile Baugruppe M in Richtung der Achse A-A nach oben bewegt, bis die Kontaktfläche der kegelförmigen Vertiefung 3a an der Kontaktfläche der Halb­ kugel 2a formschlüssig anliegt. Nun wird die Kolbenstange 8a in Achsrichtung A-A nach unten bewegt, bis die Kugeln 15, 15′, . . . an der kegeligen Fläche 6b der Hülse 6 auf­ laufen und radial nach innen abgelenkt werden. Hier kommen die Kugeln 15, 15′, . . . an der ebenfalls kegeligen Fläche 2c des Bolzens 2b zum Anliegen. Beim weiteren Absenken der Kolbenstange 8a verklemmen die Kugeln 15, 15′, . . . zwischen der Innenwand der zylindrischen Verengung 6a der Hülse 6 und der kegeligen Fläche 2c des Bolzens 2b und dies wiederum führt zu einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Halbkugel 2a des stationären Teils der Vorrichtung und dem Kontaktflansch 3, wie auf der rechten Seite der Darstel­ lung gezeigt ist.

Auflistung der Einzelteile

 1 Stromschiene
 2 Kontaktstück
 2a Halbkugel
 2b Zentrier-und Zugbolzen
 2c kegelige Fläche
 2d Kontaktfläche
 3 Kontaktflansch
 3a kegelförmige Vertiefung
 3b Bohrung
 3c Kanal
 3d Kontaktfläche
 4 Stromkabel
 5 Tragplatte
 6 Hülse
 6a Verengung
 6b kegeliger Abschnitt oben
 6c kegeliger Abschnitt unten
 6d Gewindebohrung
 7 Ring, Isolator
 8 Hydraulikzylinder
 8a Kolbenstange
 9 Haube
10 Endschalter
11 Scheibe
11a, b Bohrung
12 Isolierscheibe, Isolator
13 Büchse
13a Bohrung
14, 14′, . . . Bohrung
15, 15′, . . . Kugel
S Stationärer Vorrichtungsteil
M Mobiler Vorrichtungsteil
A-A Achse

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Schalten, insbesondere Öffnen und Schließen einer Hochstromzuführung, beispielsweise für fahr­ bare Schmelzeinrichtungen an Ein- und Umschmelzanlagen, mit einem stationären Vorrichtungsteil und einer Zulei­ tung, vorzugsweise von einem stationären Hochstromer­ zeuger und einem mobilen Vorrichtungsteil mit einer Hoch­ stromzuleitung vorzugsweise zu einem Verbraucher, einer Kontaktfläche zwischen dem stationären und dem mobilen Teil zur Übertragung des Hochstroms sowie einer Vorrich­ tung zur Arretierung der beiden Teile, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktfläche (2d) am stationären Teil (S), vorzugsweise in Form einer Halbkugel (2a) und die korrespondierende Kontaktfläche (3d) am mobilen Teil (M), vorzugsweise als kegelförmige Innenfläche (3a) ausgebildet ist und die Kontakte mittels einer Spannvorrichtung kraftschlüssig miteinander verbindbar sind, wobei die Spannvorrichtung beispielsweise aus einem Zentrier- und Zugbolzen (2b) besteht, der fest mit dem stationären Teil (S) verbunden ist, sowie einer korrespondierenden Kugelklemmvorrichtung, die Teil des mobilen Teils (M) ist, und daß die Spannvorrichtung gegen die stromleitenden Kontakte (2, 3) mittels Isolatoren (7, 12) elektrisch isoliert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit Gleich- und Wechselstrom betreibbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung ein- oder mehrpolig ausführbar ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mobile Vorrichtungsteil (M) mit einem separaten Antrieb bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel­ klemmvorrichtung mit einem Hydraulikzylinder (8) antreibbar ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strom­ führenden Kontakte (2, 3) aus Kupfer hergestellt sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrier- und Zugbolzen (2b) aus Edelstahl hergestellt ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Reinigen der Kontaktflächen (2d, 3d) mittels Druckluft oder z. B. eines anderen Gases vorgesehen ist.