EP3753035B1 - Schaltkinematik für vakuumschaltröhren und verfahren zum anpassen eines auf eine schalterwelle übertragenen offenhaltemomentes - Google Patents

Schaltkinematik für vakuumschaltröhren und verfahren zum anpassen eines auf eine schalterwelle übertragenen offenhaltemomentes Download PDF

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EP3753035B1
EP3753035B1 EP18716988.3A EP18716988A EP3753035B1 EP 3753035 B1 EP3753035 B1 EP 3753035B1 EP 18716988 A EP18716988 A EP 18716988A EP 3753035 B1 EP3753035 B1 EP 3753035B1
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EP
European Patent Office
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switching
keep
open
switch shaft
switch
Prior art date
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Active
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EP18716988.3A
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French (fr)
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EP3753035A1 (de
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Dhananjay AWATE
Thomas Knabe
Philipp Last
Philipp Meyer
Namitkumar SHELAR
Saurabh Shrivastava
Claudia Sigusch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/46—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using rod or lever linkage, e.g. toggle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/40—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H2033/6667—Details concerning lever type driving rod arrangements

Definitions

  • the invention relates to a switching kinematics for vacuum interrupters of a switch, in particular for low-voltage, medium-voltage and high-voltage systems, and a method for adjusting a holding open torque transmitted to a switch shaft in a switching kinematics, in particular for low-voltage, medium-voltage and high-voltage systems.
  • circuit breakers that use vacuum interrupters are known.
  • the switching contacts of all phases usually three, are arranged in a vacuum tube.
  • the atmospheric pressure surrounding the tube permanently exerts a closing force F VI on the tube, so that the switch closes automatically without any further precautions.
  • a compensating counterforce must be applied that is greater than the closing forces F VI of all tubes in the switch generated by the atmospheric pressure.
  • a single spring the so-called hold-open spring, is used in a switching device. This one hold-open spring causes a moment, in particular a torque, T OHF on the switch shaft of the respective switching device.
  • this switch shaft simultaneously serves all poles, i.e. phases and vacuum interrupters.
  • the opening torque on the switch shaft must be greater than or at least equal to the torque on the switch shaft, which is caused by the Closing forces F VI of all vacuum interrupters are generated so that the poles, usually three, of the switching device are kept open.
  • the switch shaft is rotated from the off position by an angle ⁇ ON .
  • the hold-open spring acting on the switching shaft is further tensioned.
  • An amount of energy E OHF is therefore stored in the hold-open spring during the switch-on movement.
  • the drive of the vacuum switch must therefore also provide the energy E OHF in addition to other energies (e.g. the energy for compressing the contact pressure springs).
  • the DE2717958A1 describes a drive device for an electrical switching device with switching kinematics.
  • the JP H06 231656A shows switching kinematics for switching contacts.
  • the object of the invention is now to eliminate the known disadvantages from the prior art.
  • An exemplary embodiment relates to a switching kinematics for vacuum interrupters of a switch, in particular for low-voltage, medium-voltage and high-voltage systems, with a drive, a switching spring, a first switching gate, which is rotatably arranged about a first axis, a first switching lever on which the first A switching gate acts, a switch shaft which is firmly connected to the first switching lever and a hold-open spring which acts on the switch shaft, the vacuum interrupter having at least two switching contacts, of which at least one is a moving contact, and the vacuum interrupter between a first position in which the switching contacts of the vacuum interrupter are separated from one another, and can be transferred to a second position in which the switching contacts are in contact with one another, the hold-open spring being connected to the switch shaft via a crank element and a transmission member, and the hold-open spring via the transmission member and the switch shaft acts on the first shift lever and so does not attack the shift lever directly.
  • the hold-open spring is attached to the crank element, and the crank element is movably arranged between the transmission member and a fastening element.
  • the crank element also has a movably arranged deflection element, the transmission member is movably connected to a translation crank, the translation crank is in turn movably connected to the fastening element, and the hold-open spring acts on the translation crank via the deflection element and thus transmits the hold-open torque T OHF to the transmission member.
  • Such switching kinematics enables the switching kinematics to be easily and cost-effectively adapted to the different requirements of vacuum interrupters and the drive.
  • the switching kinematics here refers to the mechanical components of the switch, which transmit the switching movement to the vacuum interrupter and the drive of the switch, i.e. also for tensioning the springs.
  • the transmission member is designed in such a way that the transmission member's hold-open torque T OHF of the hold-open spring on the switch shaft decreases the further the switching contacts of the vacuum interrupter approach the second position.
  • the hold-open torque T OHF of the hold-open spring which acts on the switch shaft, is greater than zero in the first position of the vacuum interrupter and is not less than zero in the second position and more preferably is less in the second position than in the first Position.
  • the hold-open torque T OHF of the hold-open spring which acts on the switch shaft, is greater than zero in the first position of the vacuum interrupter and is less than zero in the second position.
  • This arrangement requires a switch shaft lever to pass through an extended position, i.e. the point of application at which the transmission member acts on the switch shaft via a lever, and transmission member, which is possible in particular, but not necessarily, by exploiting dynamic effects such as inertia.
  • a change in the shape of the transmission crank causes a change in the hold-open torque transmitted via the transmission member to the switch shaft.
  • One exemplary embodiment relates to a method for adapting a hold-open torque T OHF transmitted to a switch shaft, wherein in a switching kinematics according to one of the above embodiments, the transmission element and/or the transmission crank are adapted to the requirements of the respective switch
  • the Figure 1 shows schematically a switching kinematics from the prior art for a switching device with vacuum interrupters 5.
  • the drive for tensioning the switching spring 20 is not shown.
  • the switching spring 20 acts on a first switching gate 30, which is rotatably mounted about a first axis 40.
  • This first shift gate 30 acts on a first shift lever 50 via a roller 60.
  • the first shift lever 50 is rotatably mounted on a switch shaft 70.
  • the hold-open spring 90 acts on the switching shaft 70 via the first switching lever 50.
  • the branch with the contact pressure spring 80 is arranged, which in turn is connected to the switching rocker 105 at point 100.
  • the rocker switch 105 is rotatably mounted on the axis 110. At point 120 of the rocker switch 105, the movement in the link 130 is redirected to the moving contact of the vacuum interrupter 5.
  • Arrow 6 shows the direction of the closing force F VI .
  • the arrow 91 shows the direction of the torque T OHF of the hold-open spring.
  • the arrow 92 indicates the direction in which the hold-open spring 90 acts on the first shift lever 50.
  • the Figure 2 shows an example of a switch 1 for three phases with three vacuum interrupters 5.
  • the Figure 3 shows schematically a switching gate 10.
  • the hold-open spring 190 is attached to one side 195 in the switch 1.
  • the other side of the hold-open spring 190 acts on the crank element 490 and via this on a transmission member 480, which is connected to the switching shaft 470.
  • the crank element 490 is attached to the switch 1 with a fastening element 400.
  • the connection to the switch shaft 470 can be made via a lever element, not shown, which is firmly connected to the switch shaft 470 and to which the transmission member 480 is connected in an articulated and / or movable manner.
  • the Figure 4 shows an exemplary embodiment of a switching kinematics 10 according to the invention.
  • the hold-open spring 190 is attached to the switch with one side 195.
  • the other end of the hold-open spring 190 engages the crank element 490.
  • the crank element 490 in turn is rotatably connected to the fastening element 400.
  • the crank element 490 has a deflection element 510, here preferably a roller, which in turn acts on a translation crank 610, which is also rotatably attached to the fastening element 400.
  • the transmission member 480 is attached to the transmission crank 610, the other side of which is attached to the switch shaft 470 and thus transmits the spring force of the hold-open spring 190 as torque to the switch shaft 470, the torque being essentially determined by the shape of the transmission crank 610.
  • the connection to the switch shaft 470 can take place via a lever element, not shown, which is firmly connected to the switch shaft 470 and to which the transmission member 480 is connected in an articulated and/or movable manner.
  • the Figure 5 shows a graphical representation in which the hold-open torque T OHF is plotted against the angle of rotation ⁇ of the switch shaft 470.
  • Curve 5010 shows the required holding open torque T OFF at the angle ⁇ OFF , as is required for switching kinematics from the prior art.
  • the hatched area 5020 under the curve 5010 corresponds to the energy E OHF that is necessary to tension the hold-open spring during the closing process of the switch.
  • the sections ⁇ OFF and ⁇ ON mark the rotation angles of the switch shaft once in the switched off state, i.e. the position in which the switching contacts of the vacuum interrupter 5 are separated, and the switched on state in which the switching contacts of the vacuum interrupter 5 are closed.
  • Curve 5000 shows a curve for the hold-open torque T OFF,* for a vacuum interrupter with a larger closing force F VI,* .
  • the area under curve 5000 is greater than the area under curve 5010, labeled 5020. It follows that a vacuum interrupter with an increased closing force F VI,* also requires more energy to tension the spring, i.e. the energy E OHF,* and thus places greater demands on the drive of the switch 1.
  • the Figure 6 shows different hold-open torque curves 6010, 6100, 6200 and 6300 for different couplings of the respective hold-open springs 90, 190 from the Figures 1 . 3 and 4 .
  • Curve 6010 shows the hold-open torque from prior art switching kinematics, as in Figure 1 and 5 shown.
  • Curve 6100 exemplifies the hold-open torque for the exemplary embodiment Figure 3 in which the hold-open torque T OHF acting on the switch shaft decreases the further the switch moves towards the ON position, i.e. in which the switching contacts of the vacuum interrupter 5 are off Figure 1 are closed.
  • the hold-open torque T OHF always remains greater than 0.
  • the curve 6200 for the hold-open torque T OHF is also for the exemplary embodiment Figure 3 .
  • the hold-open torque T OHF drops to negative values from a certain switch shaft angle ⁇ and the hold-open spring 190 thereby supports the closing process of the vacuum interrupter 5, which is in Figure 3 is not shown.
  • Such behavior is achieved by the mechanism from the Figure 3 is designed so that an extended position between the transmission member 480 and crank element 490 is passed through or exceeded. This is particular possible using dynamic effects due to the inertia of the entire system.
  • the hold-open torque characteristic T OHF goes through zero.
  • this configuration is even cheaper than the configuration of curve 6100 and, in extreme cases, even means that tensioning the hold-open spring does not require any drive energy E OHF , but can actually provide energy.
  • Curve 6300 shows an example curve for the configuration from Figure 4 . This approach provides the greatest possible flexibility with regard to the hold-open torque curve T OHF .
  • the hold-open torque T OHF can be set to zero at any angle ⁇ of the switch shaft 470. From this angle of rotation, no further energy is stored in the hold-open spring 190, which means that the spring is no longer tensioned.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Control Of Transmission Device (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltkinematik für Vakuumschaltröhren eines Schalters, insbesondere für Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungsanlagen, und ein Verfahren zum Anpassen eines auf eine Schalterwelle übertragenen Offenhaltemomentes bei einer Schaltkinematik, insbesondere für Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungsanlagen.
  • Im Bereich der Mittelspannungen und der Hochspannungen, aber auch der Niederspannungen, sind Leistungsschalter bekannt, die Vakuumschaltröhren verwenden. Bei diesen Leistungsschaltern sind die Schaltkontakte aller, zumeist drei Phasen in jeweils einer Vakuumröhre angeordnet. Durch den die Röhre umgebenden Atmosphärendruck wird dauerhaft eine Schließkraft FVI auf die Röhre ausgeübt, so dass der Schalter ohne weitere Vorkehrungen automatisch schließt. Um solche Vakuumschalter sicher in der geöffneten Position halten zu können, muss eine kompensierende Gegenkraft aufgebracht werden, die größer ist als die durch den Atmosphärendruck erzeugte Schließkräfte FVI aller Röhren im Schalter. Typischerweise wird dazu in einem Schaltgerät eine einzelne Feder, die sogenannten Offenhaltefeder, eingesetzt. Diese eine Offenhaltefeder bewirkt ein Moment, insbesondere ein Drehmoment, TOHF auf die Schalterwelle des jeweiligen Schaltgerätes. Diese Schalterwelle bedient als Zentralwelle gleichzeitig alle Pole, sprich Phasen und Vakuumschaltröhren.
  • In der ausgeschalteten Position der Vakuumschaltröhre, also der Position, in der die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre voneinander getrennt sind, gilt, dass das öffnende Drehmoment auf die Schalterwelle größer oder mindestens gleich dem Drehmoment auf die Schalterwelle sein muss, die durch die Schließkräfte FVI aller Vakuumschaltröhren erzeugt wird, so dass die Pole, zumeist drei, des Schaltgerätes offen gehalten werden. Beim Schließen der Schaltkontakte der Vakuumschaltröhren des Schalters wird die Schalterwelle aus der ausgeschalteten Stellung um einen Winkel ϕEIN gedreht. Während dieser Einschaltbewegung der Vakuumschaltröhre wird die auf die Schaltwelle wirkende Offenhaltefeder weiter gespannt. Es wird also während der Einschaltbewegung eine Energiemenge EOHF in die Offenhaltefeder gespeichert. Der Antrieb des Vakuumschalters muss also zusätzlich zu sonstigen Energien (z.B.: die Energie zum Komprimieren der Kontaktdruckfedern) auch die Energie EOHF bereitstellen.
  • Im Stand der Technik werden daher für unterschiedliche Vakuumschaltröhren mit unterschiedlich großen Schließkräften unterschiedliche Schaltkinematiken mit unterschiedlichen Offenhaltefedern verwendet. Dies führt in der Praxis dazu, dass es eine große Vielfalt an Kombinationen von Vakuumschaltröhren, Schaltkinematiken und/oder Antrieben für die Schalter gibt. Dies wiederum führt zu einer großen Varianz, schlechten Kostenposition und zu längeren Entwicklungszeiten für neue oder geänderte Schaltgeräte.
  • Aus der US1938408A ist eine Schaltmechanik für Leistungsschalter bekannt.
  • Die DE2717958A1 beschreibt eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisches Schaltgerät mit einer Schaltkinematik.
  • Aus der US5286936A ist eine Schaltkinematik für ein Vakuumschaltröhren bekannt.
  • Die JP H06 231656A zeigt eine Schaltkinematik für Schaltkontakte.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, die bekannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch 1 und die von diesem abhängigen Ansprüche.
  • Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Schaltkinematik für Vakuumschaltröhren eines Schalters, insbesondere für Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungsanlagen, mit einem Antrieb, einer Einschaltfeder , einer ersten Schaltkulisse, die um eine erste Achse drehbar angeordnet ist, einem ersten Schalthebel, auf den die erste Schaltkulisse wirkt, einer Schalterwelle, die mit dem ersten Schalthebel fest verbunden ist und einer Offenhaltefeder, die auf die Schalterwelle wirkt, wobei die Vakuumschaltröhre mindestens zwei Schaltkontakte aufweist, von denen mindestens einer ein Bewegkontakt ist, und die Vakuumschaltröhre zwischen einer ersten Position, in der die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre voneinander getrennt sind, und einer zweiten Position, in der die Schaltkontakte miteinander in Kontakt sind, überführbar ist, wobei die Offenhaltefeder über ein Kurbelelement und ein Übertragungsglied mit der Schalterwelle verbunden ist, und die Offenhaltefeder über das Übertragungsglied und die Schalterwelle auf den ersten Schalthebel wirkt und so an dem Schalthebel nicht direkt angreift. Dabei ist die Offenhaltefeder an dem Kurbelelement befestigt, und das Kurbelelement ist zwischen dem Übertragungsglied und einem Befestigungselement beweglich angeordnet ist. Auch weist das Kurbelelement ein beweglich angeordnetes Ablenkelement auf, das Übertragungsglied ist beweglich mit einer Übersetzungskurbel verbunden, die Übersetzungskurbel ist wiederum beweglich mit dem Befestigungselement verbunden, und die Offenhaltefeder wirkt über das Ablenkelement auf die Übersetzungskurbel und überträgt so das Offenhaltemoment TOHF auf das Übertragungsglied.
  • Eine derartige Schaltkinematik ermöglicht eine einfache und kostengünstige Anpassung der Schaltkinematik an unterschiedliche Anforderungen von Vakuumschaltröhren und Antrieb.
  • Durch die Verlagerung der Offenhaltefeder und deren Ankopplung über ein Übertragungsglied an die Schaltwelle ist eine Optimierung der Offenhaltefeder bei gleichzeitiger Vereinfachung der Anpassung an unterschiedliche Vakuumschaltröhren und Verringerung des notwendigen Energieaufwandes beim Spannen der Feder erreichbar. Die Ankoppelung über das Übertragungsglied stellt einen zusätzlichen Übertragungsmechanismus dar, der auf den ersten Blick aufwendiger erscheint. Die Schaltkinematik bezieht sich hier auf die mechanischen Bestandteile des Schalters, die die Schaltbewegung auf die Vakuumschaltröhre übertragen und den Antrieb des Schalters, also auch zum Spannen der Federn.
  • Bevorzugt wird, dass das Übertragungsglied derart ausgelegt ist, dass das Übertragungsglied ein Offenhaltemoment TOHF der Offenhaltefeder auf die Schalterwelle umso weiter sinkt, je weiter sich die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre der zweiten Position annähern.
  • Auch wird bevorzugt, dass das Offenhaltemoment TOHF der Offenhaltefeder, das auf die Schalterwelle wirkt, in der ersten Position der Vakuumschaltröhre größer null ist und in der zweiten Position nicht kleiner als null ist und weiter bevorzugt in der zweiten Position kleiner ist als in der ersten Position.
  • Weiter wird bevorzugt, dass das Offenhaltemoment TOHF der Offenhaltefeder, das auf die Schalterwelle wirkt, in der ersten Position der Vakuumschaltröhre größer null ist und in der zweiten Position kleiner als null ist. Diese Anordnung erfordert das Durchfahren durch eine Streckposition von einem Schalterwellenhebel, also dem Angriffspunkt an dem das Übertragungsglied über einen Hebel auf die Schalterwelle wirkt, und Übertragungsglied, was insbesondere, aber nicht notwendigerweise, durch Ausnutzung von Dynamischen Effekten, wie der Trägheit, möglich ist.
  • Weiter wird bevorzugt, dass eine Änderung der Form der Übersetzungskurbel eine Änderung des über das Übertragungsglied übertragenden Offenhaltemomentes auf die Schalterwelle bewirkt.
  • Bevorzugt wird weiter ein Schalter mit einer oder mehr Schaltkinematiken nach einer der vorstehenden Ausführungen, insbesondere mit einer oder mehr Vakuumschaltröhren.
  • Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zum Anpassen eines auf eine Schalterwelle übertragenen Offenhaltemomentes TOHF, wobei bei einer Schaltkinematik gemäß einer der vorstehenden Ausführungen das Übertragungsglied und/oder die Übersetzungskurbel an die Anforderungen des jeweiligen Schalters angepasst werden
  • Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Figuren näher erläutert:
    • Figur 1:
    Schematische Darstellung der kinematischen Kette eines Schalters mit Vakuumröhren;
    Figur 2:
    Beispielhafte Darstellung eines Schalters mit drei Vakuumschaltröhren zum Schalten von drei Phasen;
    Figur 3:
    Schematische Darstellung einer Schaltkinematik mit einem Übertragungsglied, welche nicht Teil der Erfindung ist;
    Figur 4:
    Erfindungsgemäße Schaltkinematik mit einem Übertragungsglied und einer Übersetzungskurbel;
    Figur 5:
    Graphische Darstellung des Drehmomentes TOHF in Abhängigkeit des Drehwinkels ϕ der Schaltwelle;
    Figur 6:
    Exemplarische Darstellung des Drehmomentes TOHF verschiedener Übertragungsmechanismen in Abhängigkeit des Drehwinkels ϕ der Schaltwelle;.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch eine Schaltkinematik aus dem Stand der Technik für ein Schaltgerät mit Vakuumschaltröhren 5. Nicht dargestellt ist der Antrieb zum Spannen der Einschaltfeder 20. Die Einschaltfeder 20 wirkt bei dieser Schaltkinematik auf eine erste Schaltkulisse 30, die um eine erste Achse 40 drehbar gelagert ist. Diese erste Schaltkulisse 30 wirkt über eine Rolle 60 auf einen ersten Schalthebel 50. Der erste Schalthebel 50 ist an einer Schalterwelle 70 drehbar gelagert. Desweiteren wirkt am Punkt 52 des ersten Schalthebels 50 die Offenhaltefeder 90 über den ersten Schalthebel 50 auf die Schaltwelle 70. Am Punkt 54 des ersten Schalthebels 50 ist der Abzweig mit der Kontaktdruckfeder 80 angeordnet, der wiederum am Punkt 100 mit der Schaltwippe 105 verbunden ist. Die Schaltwippe 105 ist an der Achse 110 drehbar gelagert. Am Punkt 120 der Schaltwippe 105 wird in der Kulisse 130 die Bewegung auf den Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre 5 umgeleitet. Der Pfeil 6 zeigt die Richtung der Schließkraft FVI an. Der Pfeil 91 zeigt die Richtung des Drehmomentes TOHF der Offenhaltefeder an. Der Pfeil 92 zeigt die Richtung an, in die die Offenhaltefeder 90 auf den ersten Schalthebel 50 wirkt.
  • Die Figur 2 zeigt ein Beispiel für einen Schalter 1 für drei Phasen mit drei Vakuumschaltröhren 5.
  • Die Figur 3 zeigt schematisch eine Schaltkulisse 10. Der Übersichtlichkeit halber zeigt die Darstellung nur die Schalterwelle 470 und diejenigen Komponenten der Schaltkinematik 10, die die Federkraft der Offenhaltefeder 190 auf die Schalterwelle 470 übertragen. Die Offenhaltefeder 190 wird an einer Seite 195 im Schalter 1 befestigt. Die Offenhaltefeder 190 wirkt mit ihrer anderen Seite auf Kurbelelement 490 und über dieses auf ein Übertragungsglied 480, das mit der Schaltwelle 470 verbunden ist. Das Kurbelelement 490 ist mit einem Befestigungselement 400 am Schalter 1 befestigt. Die Verbindung mit der Schalterwelle 470 kann über ein nicht gezeigtes, fest mit der Schalterwelle 470 verbundenes Hebelelement erfolgen, mit dem das Übertragungsglied 480 gelenkig und/oder beweglich verbunden ist.
  • Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltkinematik 10. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Offenhaltefeder 190 mit einer Seite 195 an dem Schalter befestigt. Das andere Ende der Offenhaltefeder 190 greift am Kurbelelement 490 an. Das Kurbelelement 490 wiederum ist drehbar mit dem Befestigungselement 400 verbunden. Außerdem verfügt das Kurbelelement 490 über ein Ablenkelement 510, hier bevorzugt eine Rolle, die wiederum auf eine Übersetzungskurbel 610 wirkt, die ebenfalls am Befestigungselement 400 drehbar befestigt ist. An der Übersetzungskurbel 610 ist das Übertragungsglied 480 befestigt, dessen andere Seite an der Schalterwelle 470 befestigt ist und so die Federkrafft der Offenhaltefeder 190 als Drehmoment auf die Schalterwelle 470 überträgt, wobei das Drehmoment wesentlich durch die Form der Übersetzungskurbel 610 bestimmt wird. Die Verbindung mit der Schalterwelle 470 kann über ein nicht gezeigtes, fest mit der Schalterwelle 470 verbundenes Hebelelement erfolgen, mit dem das Übertragungsglied 480 gelenkig und/oder beweglich verbunden ist.
  • Die Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung bei der das Offenhaltemoment TOHF gegen den Drehwinkel ϕ der Schalterwelle 470 aufgetragen ist. Die Kurve 5010 zeigt am Winkel ϕAUS das benötigte Offenhaltemoment TAUS, wie es bei Schaltkinematiken aus dem Stand der Techniken benötigt wird. Die schraffierte Fläche 5020 unter der Kurve 5010 entspricht der Energie EOHF, die notwendig ist, um die Offenhaltefeder während des Schließvorgangs des Schalters zu spannen. Die Abschnitte ϕAUS und ϕEIN markieren die Drehwinkel der Schalterwelle einmal im ausgeschalteten Zustand, also der Position, in der die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre 5 getrennt sind und den eingeschalteten Zustand, in dem die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre 5 geschlossen sind.
  • Die Kurve 5000 zeigt eine Kurve für das Offenhaltemoment TAUS,* für eine Vakuumschaltröhre mit einer größeren Schließkraft FVI,*. Wie ohne Weiteres zu erkennen ist, ist die Fläche unter der Kurve 5000 größer als die Fläche unter der Kurve 5010, die mit 5020 bezeichnet ist. Daraus folgt, dass eine Vakuumschaltröhre mit einer erhöhten Schließkraft FVI,* auch mehr Energie zum Spannen der Feder, also die Energie EOHF,* benötigt und somit größere Anforderungen an den Antrieb des Schalters 1 stellt.
  • Die Figur 6 zeigt verschiedene Offenhaltemomentkurven 6010, 6100, 6200 und 6300 für unterschiedliche Ankopplungen der jeweiligen Offenhaltefeder 90, 190 aus den Figuren 1. 3 und 4. Die Kurve 6010 zeigt das Offenhaltemoment aus einer Schaltkinematik aus dem Stand der Technik, wie in Figur 1 und 5 dargestellt. Die Kurve 6100 stellt beispielhaft das Offenhaltemoment für das Ausführungsbeispiel aus Figur 3 dar, bei der das auf die Schalterwelle wirkende Offenhaltemoment TOHF um so weiter sinkt, je weiter sich der Schalter in Richtung der EIN-Position bewegt, also in der die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre 5 aus Figur 1 geschlossen sind. In diesem Ausführungsbeispiel bleibt das Offenhaltemoment TOHF stets größer 0. Es wird umso weniger Energie erforderlich, je stärker sich der Mechanismus einer Strecklage von Übertragungsglied 480 und Kurbelelement 490 nähert, wobei die Strecklage nicht erreicht wird, solange das Offenhaltemoment TOHF positiv bleiben soll. Die Kurve 6200 für das Offenhaltemoment TOHF ist ebenfalls für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3. Allerdings sinkt das Offenhaltemoment TOHF in diesem Fall ab einem bestimmten Schalterwellenwinkel ϕ auf negative Werte und dadurch unterstützt die Offenhaltefeder 190 den Schließvorgang der Vakuumschaltröhre 5, die in Figur 3 nicht dargestellt ist. Ein solches Verhalten wird erreicht, indem der Mechanismus aus der Figur 3 so ausgelegt wird, dass eine Strecklage zwischen dem Übertragungsglied 480 und Kurbelelement 490 durchfahren oder überschritten wird. Dies ist insbesondere unter Ausnutzung von dynamischen Effekten aufgrund der Trägheit des Gesamtsystems möglich. In dem Punkt, in dem die Strecklage durch fahren wird, geht die Offenhaltemomentkennlinie TOHF durch Null. Diese Konfiguration ist, was die Schließenergie angeht, nochmals günstiger als die Konfiguration der Kurve 6100 und führt im Extremfall sogar dazu, dass das Spannen der Offenhaltefeder in Summe keine Antriebsenergie EOHF fordert, sondern sogar Energie bereitstellen kann. Die Kurve 6300 zeigt eine beispielhafte Kurve für die Konfiguration aus der Figur 4. Dieser Ansatz liefert eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Offenhaltemomentenkurve TOHF. Durch gezielte Gestaltung der Geometrie der in Figur 4 dargestellten Übersetzungskurbel 610 lässt sich das Offenhaltemoment TOHF bei einem beliebigen Winkel ϕ der Schalterwelle 470 auf den Wert Null setzen. Ab diesem Drehwinkel wird dann keine weitere Energie in die Offenhaltefeder 190 gespeichert, was heißt, dass die Feder nicht weiter gespannt wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schalter;
    5
    Vakuumschaltröhre;
    6
    Pfeil in Richtung der Schließkraft FVI der Vakuumschaltröhre 5;
    7
    Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre 5;
    10
    Schaltkinematik;
    20
    Einschaltfeder;
    30
    ersten Schaltkulisse;
    40
    erste Achse der ersten Schaltkulisse 30;
    50
    erster Schalthebel;
    52
    Punkt am ersten Schalthebel 50;
    54
    Punkt am ersten Schalthebel 50;;
    60
    Rolle;
    70
    Schalterwelle;
    80
    Kontaktdruckfeder;
    90
    Offenhaltefeder;
    92
    Pfeil in die Richtung, in die die Offenhaltefeder 90 auf den ersten Schalthebel 50 wirkt;
    100
    Punkt an der Schaltwippe 105;
    105
    Schaltwippe;
    110
    Achse der Schaltwippe 105;
    120
    Punkt an der Schaltwippe 105;
    130
    Kulisse 130 zur Übertragung des Schaltvorganges auf die Vakuumschaltröhre 5;
    190
    Offenhaltefeder;
    195
    Seite an dem die Offenhaltefeder 190 im Schalter 1 befestigt ist;
    400
    Befestigungselement;
    470
    Schalterwelle;
    480
    Übertragungsglied;
    490
    Kurbelelement;
    510
    Ablenkelement;
    610
    Übersetzungskurbel;
    5000
    Kurve für das Offenhaltemoment TAUS,*;
    5010
    Kurve für das Offenhaltemoment TAUS;
    5020
    schraffierte Fläche unter der Kurve 5010 = Energie EOHF;
    6010
    Kurve für das Offenhaltemoment TAUS aus Figur 5;
    6100
    Offenhaltemoment für das Ausführungsbeispiel aus Figur 3;
    6200
    Offenhaltemoment für ein weiteres Ausführungsbeispiel aus Figur 3;
    6300
    Offenhaltemoment für das Ausführungsbeispiel aus Figur 4;

Claims (6)

  1. Schaltkinematik (10) für eine Vakuumschaltröhre (5) eines Schalters (1), mit einem Antrieb, einer Einschaltfeder (20), einer ersten Schaltkulisse (30), die um eine erste Achse (40) drehbar angeordnet ist, einem ersten Schalthebel (50), auf den die erste Schaltkulisse (30) wirkt, einer Schalterwelle (470), die mit dem ersten Schalthebel (50) fest verbunden ist und einer Offenhaltefeder (190), die auf die Schalterwelle (470) wirkt, wobei die Vakuumschaltröhre (5) mindestens zwei Schaltkontakte aufweist, von denen mindestens einer ein Bewegkontakt ist, und die Vakuumschaltröhre (5) zwischen einer ersten Position, in der die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre (5) voneinander getrennt sind, und einer zweiten Position, in der die Schaltkontakte miteinander in Kontakt sind, überführbar ist, wobei
    die Offenhaltefeder (190) über ein Kurbelelement (490) und ein Übertragungsglied (480) mit der Schalterwelle (470) verbunden ist, und
    die Offenhaltefeder (190) über das Übertragungsglied (480) und die Schalterwelle (470) auf den ersten Schalthebel (50) wirkt und so an dem Schalthebel (50) nicht direkt angreift, wobei
    die Offenhaltefeder (190) an dem Kurbelelement (490) befestigt ist, und
    das Kurbelelement (490) zwischen dem Übertragungsglied (480) und einem Befestigungselement (400) beweglich angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kurbelelement (490) ein beweglich angeordnetes Ablenkelement (510) aufweist,
    das Übertragungsglied (480) beweglich mit einer Übersetzungskurbel (610) verbunden ist, die Übersetzungskurbel (610) wiederum beweglich mit dem Befestigungselement (400) verbunden ist, und
    dass die Offenhaltefeder (190) über das Ablenkelement (510) auf die Übersetzungskurbel (610) wirkt und so das Offenhaltemoment TOHF auf das Übertragungsglied (480) überträgt.
  2. Schaltkinematik (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Übertragungsglied (480) derart ausgelegt ist, dass das Übertragungsglied (480) ein Offenhaltemoment TOHF der Offenhaltefeder (190) auf die Schalterwelle (470) umso weiter sinkt, je weiter sich die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre (5) der zweiten Position annähern.
  3. Schaltkinematik (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Offenhaltemoment TOHF der Offenhaltefeder (190), das auf die Schalterwelle (470) wirkt, in der ersten Position der Vakuumschaltröhre (5) größer null ist und in der zweiten Position nicht kleiner als null ist.
  4. Schaltkinematik (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Offenhaltemoment TOHF der Offenhaltefeder (190), das auf die Schalterwelle (470) wirkt in der ersten Position der Vakuumschaltröhre (5) größer null ist und in der zweiten Position kleiner als null ist.
  5. Schaltkinematik (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Änderung der Form der Übersetzungskurbel (610) eine Änderung des über das Übertragungsglied (480) übertragenden Offenhaltemomentes auf die Schalterwelle (470) bewirkt.
  6. Verfahren zum Anpassen eines auf eine Schalterwelle (470) übertragenen Offenhaltemomentes TOHF
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei einer Schaltkinematik (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 das Übertragungsglied (480) und/oder die Übersetzungskurbel (610) an die Anforderungen des jeweiligen Schalters (1) angepasst werden.
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