EP2909850A1

EP2909850A1 - Hubabhängig schaltendes elektrisches schaltgerät mit verlängerter schalthysterese

Info

Publication number: EP2909850A1
Application number: EP13783840.5A
Authority: EP
Inventors: Lothar WÜRFEL; Matthias Schmidt; Joachim BOHLÄNDER
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-08-26
Also published as: US9704660B2; CN104718589A; US20150221455A1; CN104718589B; WO2014060111A1; DE102013010496A1; HK1207467A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hubabhängig schaltendes elektrisches Schaltgerät mit verlängerter Schalthysterese, umfassend ein Schaltelement (10) mit einem Kontakthebel (11), welches mit einem in einer Haltevorrichtung (50) geführten beweglichen Betätigungselement (20) zusammenwirkt, wobei das Betätigungselement (20) einen stufenförmigen Abschnitt zur Betätigung des Kontakthebels (11) des Schaltelements (10) aufweist und das Betätigungselement (20) eine Öffnung (41) aufweist, in die bei der Auslösung einer Schalthandlung ein als Bolzen oder Stift ausgeführtes Eingriffelement (30) eingreift. Die im Betätigungselement (20) vorgesehene Öffnung (41) ist als Langloch ausgeführt, in das das Eingriffelement (30) zur Erreichung eines Schalthubes eingreift und sich so eine definierte Hysterese in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Langloches (41) einstellt.

Description

Hubabhänqiq schaltendes elektrisches Schaltqerät mit verlängerter Schalthvsterese

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein hubabhängig schaltendes elektrisches Schaltgerät mit verlängerter Schalthysterese. Weiterhin betrifft die Erfindung einen hydraulischen Federspeicherantrieb für einen Mittelspannungs- oder

Hochspannungsleistungsschalter, welcher einen Federwegschalter mit dem Schaltgerät umfasst.

Hydraulische Federspeicherantriebe zum Betätigen von Hochspannungsleistungs- schaltern sind beispielsweise aus der DE 3408909 A1 und der EP 0829892 A1 bekannt und umfassen unter anderem ein Speichermodul zur Betätigung eines Hochspannungsschalters mit einem als Energiespeicher wirkenden Federelement. Das Federelement wirkt mit einem in einem Hydraulikblock geführten, bewegbaren Speicherkolben zusammen. Das Speichermodul ist dafür vorgesehen, dem hydraulischen Antrieb des Hochspannungsleistungsschalters ohne eine weitere Zufuhr von Fremdenergie Druckenergie bereitzustellen und den Antrieb und darüber den Leistungsschalter auch bei Störung oder Unterbrechung der Energiezufuhr bestimmungsgemäß zu betätigen.

Der Spannungszustand des Federelements wird über einen Federwegschalter ständig überwacht. Durch das zum Ausgleich von geringen internen Druckverlusten im Hydrauliksystem des Federspeicherantriebes gelegentliche Nachladen der im Feder- speicherantrieb integrierten Hydraulikpumpe - auch ohne vorangegangene Schalthandlung - ist auch bei langen Stillstandszeiten eine permanente Selbstüberwachung der Antriebsfunktion des Federspeicherantriebes gewährleistet.

In der EP 2 313 901 B1 ist ein Federspeicherantrieb beschrieben, dessen Federelement, nachfolgend auch als Speicherfeder bezeichnet, über einen Druckkörper und einen in einem Speicherzylinder gleitend verschiebbaren Druckkolben ein in dem Speicherzylinder befindliches Fluid, beispielsweise öl, unter Druck setzt. Mittels dieses Fluids wird eine Antriebsstange bewegt, welche an einem in einem Arbeitszylinder gleitend verschiebbaren Antriebskolben befestigt ist.

Während einer Schalthandlung wird aus dem Speichermodul eine bestimmte Menge öl entnommen und damit das Federelement entspannt. Zur Bestimmung des Ladezustandes des Federspeicherantriebs wird ein Federwegschalter eingesetzt, der mechanisch mit dem Federelement verbunden ist. Wird der Antriebs- bzw. Arbeitskolben mit der Antriebs- bzw. Arbeitsstange in eine erste Endstellung bewegt, so schließt er den Leistungsschalter. Wird der Arbeitskolben mit der Arbeitsstange in eine zweite Endstellung bewegt, so öffnet er den Leistungsschalter.

Abhängig von der Federspannung des Federelements werden über eine Getriebeanordnung bistabile Betätigungs- oder Kontaktelemente betätigt, welche beispielsweise dafür vorgesehen sind, Schalthandlungen zu blockieren, wenn nicht genug Schaltenergie im Federelement gespeichert ist, beispielsweise bedingt durch interne Leckageverluste im hydraulischen System des Federspeicherantriebes.

Eines der vorgesehenen Kontaktelemente dient dazu, den Motor des Federspeicherantriebes für eine Nachladung des Speichermoduls zu steuern. Fällt der Federweg des als Federelement ausgeführten Speichermoduls unter einen vorgegebenen Wert, wird der Motor eingeschaltet und spannt das Federelement bis zu einem über diesem Wert liegenden Abschaltpunkt. Die Differenz zwischen Abschaltpunkt und dem Einschaltpunkt des Motors wird auch als Nachladehysterese bezeichnet und ergibt sich durch eine Hysterese im Schaltverhalten der bistabilen Kontaktelemente. Die gegenwärtig in den hydraulischen Federspeicherantrieben eingesetzten Federwegschalter nutzen zur Erreichung einer Nachladehysterese die Hysterese der Schaltkontakte selber. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die Schaltkontakte dazu durch ein Betätigungselement 20 mit einer Nocke, im Folgenden Betätigungsnocke 21 genannt, bewegt, wobei die Nocke zu dem Zweck zweistufig ausgeführt ist.

Durch die zweistufige Ausgestaltung der Betätigungsnocke 21 ist die Schalthysterese des Federwegschalters einstellbar, indem ein über die Betätigungsnocke 21 geführter Betätigungs- bzw. Kontakthebel 11 eines Schaltelementes 10 des Federwegschalters für einen genau zu definierenden Hub 23 der Betätigungsnocke 21 in einer Stellung 22, die sich zwischen dem Zu- und dem Abschaltpunkt des Schaltelements befindet, verharrt. Diese Anordnung ist nur dann einsetzbar, wenn die Schalthysterese des eingesetzten Schaltelements, also der Differenzweg zwischen Zuschalt- und Abschaltpunkt, ausreichend groß ist. Insbesondere wenn kleine und damit üblicherweise kostengünstige Schaltelemente eingesetzt werden, ist diese Schalthysterese in der Regel äußerst gering. Eine Vergrößerung der Hysterese des Gesamtsystems ist bei Verwendung einer zweistufigen Betätigungsnocke häufig technisch nicht oder nur mit großem Aufwand umsetzbar.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die Hysterese eines mechanisch betätigten elektrischen Schaltgerätes zu vergrößern, wobei ein kleines und kostengünstiges Schaltelement mit geringer eigener Schalthysterese zum Einsatz kommen kann. Weiterhin betrifft die Erfindung einen hydraulischen Federspeicherantrieb für einen Mittelspannungs- oder Hochspannungsleistungsschalter, welcher einen Federwegschalter mit dem erfindungsgemäßen Schaltgerät umfasst.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schaltgerät mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät zur verzögerten Einschaltung des Federwegschalters eines hydraulischen Federspeicherantriebs umfasst ein Schaltelement mit einem Kontakthebel, welches mit einem in einer Haltevorrichtung geführtem beweglichen Betätigungselement zusammenwirkt, wobei das Betätigungselement einen stufenförmigen Abschnitt, auch Betätigungsnocken genannt, zur Bereitstellung eines Schalthubes für den Kontakthebel des Schaltelements und somit zur Betätigung des Kontakthebels des Schaltelements aufweist. Im Betätigungselement ist weiterhin eine Öffnung vorgesehen, in die bei der Auslösung einer Schalthandlung zur Betätigung des vorab beschriebenen Hydrauliksystems des Federspeicherantriebes ein, beispielsweise als Bolzen oder Stift ausgeführtes, Eingriffelement eingreift und sich so eine definierte Hysterese in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Langloches eingestellt.

Erfindungsgemäß ist die im Betätigungselement vorgesehene Öffnung als Langloch ausgeführt, wodurch das Eingriffelement zur Erreichung des Schalthubes nicht in ein passgenaues Loch, sondern in ein um die vorgegebene Schalthysterese vergrößertes Langloch eingreift. So kann trotz eines präzisen Schaltpunktes des Schaltelements eine definierte Hysterese in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Langloches eingestellt werden. Dabei gleitet der Bolzen oder Stift entlang des Langloches und eine Schalthandlung wird erst ausgeführt, wenn das Eingriffelement seine Endstellung im Langloch erreicht hat.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das bewegliche Betätigungselement in seiner Bewegung durch eine Reibkraftbremsvorrichtung, nachfolgend auch Reibungsbremse genannt, in seiner Bewegung eingeschränkt. Die Reibkraft ist dabei so groß, dass mögliche äußere Störkräfte sie nicht überwinden können und eine Fehlfunktion des erfindungsgemäßen Schaltgerätes verhindert wird. Es wird somit sichergestellt, dass eine Bewegung des Betätigungselements ausschließlich durch die Bewegung des Eingriffelemets bewirkt werden kann.

Ein erfindungsgemäßer Federwegschalter umfasst ein eine Schalthysterese aufweisendes Schaltgerät, wie vorab beschrieben, wobei das Schaltgerät eine Pumpe zur Förderung von Fluid aus einem Niederdrucktank in den Hochdruckspeicher anschaltet, beispielsweise wenn nicht genug Schaltenergie im Federelement gespeichert ist, die durch interne Leckageverluste im hydraulischen System des Federspeicherantriebes verursacht wurde. Ein erfindungsgemäßer hydraulischer Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungs- oder Mittelspannungsleistungsschalters umfasst ein Speicherelement zur Druckerzeugung in einem Hochdruckspeicher sowie einen Federwegschalter mit einem Schaltgerät, wie vorab beschrieben.

Das Schaltgerät wirkt derart mit dem Speicherelement zusammen, welches als aus wenigstens einer Teller- oder Schraubenfeder aufgebaut ist, dass der Kontakthebel des Schaltelements eine Hydraulikpumpe anschaltet, wenn eine Nachladung, beispielsweise bedingt durch internen Druckverluste im Hydrauliksystem des Federspeicherantriebes, des Spannungszustandes des Federelements erforderlich ist und dazu von Fluid aus einem Niederdrucktank in den Hochdruckspeicher in Abhängigkeit der bereitgestellten Schalthysterese gefördert wird.

Die weitere Beschreibung der Erfindung und deren Vorteile sowie deren Ausgestaltungen erfolgt nachstehend anhand der Zeichnungen, welche zeigen in

Fig. 1 ein Schaltgerät mit Schalthysterese eines Federwegschalters nach dem

Stand der Technik, und

Fig. 2 eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes mit vergrößerter Schalthysterese für einen Federwegschalter.

Fig. 1 zeigt schematisch ein in einem Federwegschalter gegenwärtig eingesetztes Schaltgerät, welches die Hysterese des Schaltkontaktes nutzt. Das Schaltgerät umfasst ein Schaltelement 10 mit einem Kontakthebel 1 1 , welches mit einem in einer Haltevorrichtung 50 geführten beweglichen Betätigungselement 20 zusammenwirkt. Das Betätigungselement 20 weist einen zweistufigen Abschnitt, auch Betätigungsnocken 21 genannt.

Im Betätigungselement 20 ist weiterhin eine Öffnung 40 vorgesehen, in welche zur Erzeugung einer Bewegung des Betätigungselementes entlang einer Bewegungsachse 32 ein, beispielsweise als Bolzen oder Stift ausgeführtes, Eingriffelement 30 eingreift, welches damit das Hydrauliksystem des Federspeicherantriebs betätigt. Die eine Verzögerung der Ein- oder Ausschaltung des Schaltelements 10 bestimmende zweistufige Außenkontur des Betätigungsnockens 21 des Betätigungselements 20 ist an der dem Schaltelement 10 und dem Kontakthebel 11 zugewandten Seite des Betätigungselements 20 angeordnet und ermöglicht dem Kontakthebel 11 für einen genau zu definierenden Hub 23 in einer Stellung, die sich zwischen dem Zu- und dem Abschaltpunkt des Schaltelements 10 befindet, zu verharren.

In der konkreten Ausführung nach Fig. 1 wird das Betätigungselement 20 mittels einer Bewegung des Eingriffelementes 30 linear entlang der Bewegungsachse 32 bewegt. Die Außenkontur des Betätigungsnockens 21 ist so ausgeführt, dass parallel zu der Bewegungsachse 32 drei Plateaus bzw. ebene Flächen entstehen, welche voneinander verschiedene Abstände zur Bewegungsachse 32 aufweisen. Die Plateaus sind in axialer Richtung - bezogen auf die Bewegungsachse 32 - beabstandet zueinander angeordnet. Die beiden Bereiche zwischen den Plateaus sind hier jeweils als Rampen ausgestaltet, entlang denen der Kontakthebel 11 bei einer Bewegung des Betätigungselementes 20 geführt wird.

Entsprechend der Ausgestaltung der Außenkontur des Betätigungsnockens 21 ist die Schalthysterese einstellbar, indem durch die Außenkontur festgelegt wird, bei welcher Verstellung des Kontakthebels 1 1 die dem Schaltelement 10 innewohnende Hysterese gezielt angefahren wird, d.h. bei welchem Hub 23 und für welche Dauer der Bewegung in Richtung Bewegungsachse 32 sich der Kontakthebel 11 in der Stellung 22 auf dem mittleren der drei Plateaus befindet. Ist die dem Schaltelement 10 innewohnende Hysterese jedoch sehr gering, beispielsweise bei kostengünstig hergestellten einfachen und kleinen Schaltelementen, so ist das mit einer zweistufig ausgeführten Betätigungsnocke 21 ausgestaltete Betätigungselement 20 für die geforderte Nachladehysterese eines hydraulischen Federspeicherantriebes eines Leistungsschalters, insbesondere einer Hochspannungsschaltanlage, nicht einsetzbar.

Zur Erreichung einer gewünschten verlängerten Schalthysterese bei Leistungsschaltern wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die im Betätigungselement 20 vorgesehene Öffnung 41 als Langloch auszuführen, wie in Fig. 2 dargestellt. Das Betätigungselement 20 des erfindungsgemäßen hubabhängig schaltenden elektrischen Schaltgerätes mit verlängerter Schalthysterese zur verzögerten Einschaltung eines Federwegschalters eines hydraulischen Federspeicherantriebs zur Überwachung des Ladezustandes des Speichermoduls des Antriebes weist einen stufenförmigen Abschnitt auf, wobei der stufenförmige Abschnitt im Fall eines Schaltelementes mit präzisem Schaltpunkt einstufig, wie in Fig. 2 gezeigt, oder im Fall eines Schaltelementes mit kleiner eigener Hysterese auch zweistufig, gemäß Fig. 1 , ausgeführt sein kann. Das Betätigungselement 20 wirkt wieder mit einem Kontakthebel 1 1 des Schaltelementes 10 zusammen, welches durch die Außenkontur des Betätigungselementes 20 geeignet geführt wird. Im Betätigungselement 20 ist wiederum die Öffnung 41 vorgesehen, in die zur Bewegung des Betätigungselementes 20 und damit zur Betätigung des Hydrauliksystems das, beispielsweise als Bolzen oder Stift ausgeführte, Eingriffelement 30 eingreift.

In der konkreten Ausgestaltung der Fig. 2 entspricht das Zusammenspiel zwischen bewegtem Eingriffelement 30, beweglichem Betätigungselement 20 und beweglichem Kontakthebel 11 dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen, mit dem Unterschied, dass der Betätigungsnocken 21 hier nur einstufig ausgeführt ist, so dass sich nur zwei parallel zur Bewegungsachse 32 angeordnete Plateaus ergeben, welche dem Einschalt- bzw. dem Ausschaltpunkt des, hier mit einem präzisen Schaltpunkt ohne eigene Hysterese ausgeführten, Schaltelementes 10 entsprechen. Darüber hinaus ist die im Betätigungselement 20 vorgesehene Öffnung 41 im Gegensatz zur Fig. 1 als Langloch ausgeführt, wodurch das Eingriffelement 30 nicht in ein passgenaues Loch sondern in das um die gewünschte Hysterese vergrößerte Langloch 41 eingreift. So kann trotz der Verwendung eines kostengünstigen Schaltgerätes mit entweder einem präzisen Schaltpunkt oder mit nur einer kleinen Schalthysterese eine optimale vorab definierte Schalthysterese des Gesamtsystems in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Langloches 41 eingestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das bewegliche Betätigungselement 20 durch eine als Reibkraftbremse ausgeführte Anordnung 60 in seiner Bewegung eingeschränkt. Die Reibkraft der Anordnung 60 ist dabei so groß, dass mögliche äußere Störkräfte die Reibkraftbremse 60 nicht überwinden können und eine Fehlfunktion des erfindungsgemäßen Schaltgerätes verhindert wird.

Die Reibkraftbremse 60 ist aus wenigstens einem vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Bremselement in Kombination mit einem Federelement aufgebaut. Durch die Anordnung der Reibkraftbremse zwischen dem Betätigungselement 20 und der feststehenden Haltevorrichtung 50 wird die bei einer Bewegung des Betätigungselementes 20 entstehende Reibung in vorteilhafter Weise aufgebracht.

Bezuqszeichenliste

Schaltelement Kontakthebel bewegliches Betätigungselement Betätigungsnocke, stufenförmiger Abschnitt auf der Oberfläche des Betätigungselementes Eingriffelement, Bolzen, Stift Öffnung im Betätigungselement Langloch Führung für das Betätigungselement, Haltevorrichtung Reibungsbremsvorrichtung, Reibkraftbremse, Feder zum Bremsen des

Betätigungselementes

Claims

Patentansprüche

1. Hubabhängig schaltendes elektrisches Schaltgerät mit verlängerter Schalthysterese, umfassend ein Schaltelement (10) mit einem Kontakthebel (11), welches mit einem in einer Haltevorrichtung (50) geführten beweglichen Betätigungselement (20) zusammenwirkt, wobei das Betätigungselement (20) einen stufenförmigen Abschnitt zur Betätigung des Kontakthebels (11) des Schaltelements (10) aufweist, und das Betätigungselement (20) eine Öffnung (41 ) aufweist, in die bei der Auslösung einer Schalthandlung ein Eingriffelement (30) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die im Betätigungselement (20) vorgesehene Öffnung (41 ) als Langloch ausgeführt ist, in das das Eingriffelement (30) zur Erreichung eines Schalthubes eingreift und sich so eine definierte Hysterese in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Langloches (41) einstellt.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Betätigungselement (20) in seiner Bewegung durch eine vorgesehene Reibkraftbremse (60) in seiner Bewegung gebremst wird.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffelement (30) als Bolzen oder Stift ausgeführt ist.

4. Federwegschalter mit einem eine Schalthysterese aufweisenden Schaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät eine Pumpe zur Förderung von Fluid aus einem Niederdrucktank in einen Hochdruckspeicher anschaltet.

5. Hydraulischer Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungs- oder Mittelspannungsleistungsschalters umfassend ein Speicherelement zur Druckerzeugung in einem Hochdruckspeicher sowie einen Federwegschalter mit einem Schaltgerät nach Anspruch 1 , wobei das Schaltgerät derart mit dem Speicherelement zusammenwirkt, dass dessen Schaltelement (10) eine Pumpe zur Förderung von Fluid aus einem Niederdrucktank in den Hochdruckspeicher in Abhängigkeit der bereitgestellten Schalthysterese anschaltet.