EP4762581A1 - Leistungsschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter (1), insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter, umfassend mindestens einen elektrischen Kontakt (3), gebildet durch ein bewegliches Kontaktelement (7) und ein weiteres Kontaktelement (9), und einen Antrieb (11), dessen Antriebsbewegung über eine kinematische Kette (13) auf das bewegliche Kontaktelement (7) zum Schalten des Kontakts (3) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet dass an der kinematischen Kette (13) mindestens ein Schwungrad (27) gekoppelt ist, dessen Trägheitsmoment steuerbar ist.

Description

Beschreibung

Le istungs schal ter

Die Erfindung betri f ft einen Leistungsschalter, zum Beispiel einen Hochspannungs-Leistungsschalter .

Sowohl für ein elektrisches Schaltvermögen als auch für eine mechanische Haltbarkeit oder Lebensdauer eines elektrischen Schaltgerätes , insbesondere eines Leistungsschalters , kann es erforderlich sein, einen bestimmten Geschwindigkeitsverlauf beim Schalten des Leistungsschalters zu erreichen .

Beispielsweise ist es für einen Leistungsschalter mit Vakuumröhren und Schaltkontakten, wie zum Beispiel Plattenkontakten, erforderlich die Einschaltgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Aufeinandertref fens der Schaltkontakte auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, um die Schaltkontakte nicht mechanisch zu beschädigen oder auch nur so stark zu belasten, dass sich nur einzelne Partikel lösen und in Folge die elektrische Schalt fähigkeit des Leistungsschalters nicht beeinträchtigt wird .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen Leistungsschalter mit einem verbesserten Schaltverhalten bereitzustellen .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Der erfindungsgemäße Leistungsschalter, insbesondere ein Hochspannungs-Leistungsschalter, umfasst mindestens einen elektrischen Kontakt , gebildet durch ein bewegliches Kontaktelement und ein weiteres Kontaktelement , insbesondere ein festes Kontaktelement oder ein weiteres bewegliches Kontaktelement , und einen Antrieb, dessen Antriebsbewegung über Elemente einer kinematischen Kette auf das bewegliche Kontaktelement zum Schalten des Kontakts übertragbar ist , wobei an der kinematischen Kette oder in die kinematische Kette mindestens ein Schwungrad gekoppelt beziehungsweise geschaltet ist , dessen Trägheitsmoment steuerbar ist .

Der elektrische Kontakt des Leistungsschalters kann beispielsweise mehrere parallelgeschaltete Kontaktpaare zweier Kontaktelemente umfassen, zum Beispiel ein Kontaktpaar, das auf die Übertragung des Nennstromes optimiert ist und ein Kontaktpaar, das für einen Kurzschluss- Strom optimiert ist . Ein Kontaktpaar umfasst zum Beispiel ein festes Kontaktelement und ein bewegliches Kontaktelement . Alternativ ist es auch möglich beide Kontaktelemente bei der Schaltbewegung zu bewegen .

Der Leistungsschalter kann insbesondere mehrere in Reihe geschaltete Kontakte umfassen, wobei j edes Kontaktpaar dann nur noch einen Teil der Spannung halten muss . Alle Kontakte können durch einen Antrieb geöf fnet und geschlossen werden, es ist aber auch möglich, dass j eder Kontakt durch einen eigenen Antrieb geöf fnet und geschlossen wird .

Unter einem Schwungrad ( auch als Schwungmasse oder Schwungscheibe oder Schwungkörper bezeichnet ) wird insbesondere ein Maschinen- oder Antriebselement verstanden, welches als Energiespeicher zur Speicherung von kinetischer Energie , insbesondere Rotationsenergie , fungiert , indem beispielsweise seine Drehbewegung mit möglichst geringem Reibungsverlust gespeichert werden kann . Das Schwungrad kann scheibenförmig ausgebildet sein .

Unter dem Trägheitsmoment ( auch Massenträgheitsmoment oder Inertialmoment genannt ) wird insbesondere die Trägheit eines starren Körpers gegenüber einer Änderung seiner Winkelgeschwindigkeit bei der Drehung um eine gegebene Achse an . Das Trägheitsmoment ist ein Maß für den Widerstand, den ein starrer Körper der Änderung seiner Winkelgeschwindigkeit entgegensetzt .

Unter einer kinematischen Kette werden insbesondere Elemente oder Glieder eines Getriebes verstanden, wie zum Beispiel Übertragungselemente , Gelenke , Glieder, Hebel oder dergleichen, über welche die Antriebsbewegung eines Antriebs , wie zum Beispiel eines Motors oder eines Federspeicherantriebs , auf das bewegliche Kontaktelement übertragbar ist .

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Massenträgheit der kinematischen Kette durch ein angekoppeltes Schwungrad mit einem bestimmten Trägheitsmoment vergrößert und zusätzlich variabel gesteuert werden kann . Dadurch kann die Schaltgeschwindigkeit des Leistungsschalters variabel gesteuert werden . Zum Beispiel kann bei Einschaltung eine am Ende einer Einschaltbewegung erforderliche kinetische Energie zum Spannen einer Ausschaltfeder oder Kontaktandruckfeder nach Zusammentref fen der Schaltkontakte zwischengespeichert werden, ohne eine bestimmte Einschaltgeschwindigkeit beim Zusammentref fen der Schaltkontakte zu überschreiten .

Das Trägheitsmoment des Schwungrades kann beispielsweise durch auf dem Schwungrad angeordnete radial bewegliche Massenelemente verändert werden . Vorteilhaft werden mindestens zwei gleichmäßig verteilte Massenelemente verwendet , um keine Unwucht entstehen zu lassen . Alternativ ist es möglich, nur ein verstellbares Massenelement zu verwenden .

In einer möglichen Aus führungs form kann das Schwungrad derart eingerichtet sein, dass das Trägheitsmoment des Schwungrades in Abhängigkeit von einer Position, insbesondere einer Schaltposition des Leistungsschalters , insbesondere dessen beweglichen Kontaktelements , veränderbar ist . Ein solch

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP eingerichtetes Schwungrad, dessen Trägheitsmoment in Abhängigkeit von der Position veränderbar ist , ermöglicht beispielsweise sowohl eine Dämpfung als auch eine Vergrößerung der Schaltgeschwindigkeit in einfacher Art und Weise .

Beispielsweise kann das Schwungrad derart eingerichtet sein, dass eine Schaltgeschwindigkeit des beweglichen Kontaktelements bereichsweise steuerbar ist .

Beispielsweise kann das Schwungrad bei einer Ausschaltung oder Trennung der Kontaktelemente eingerichtet sein, in einem ersten Wegbereich und/oder Zeitbereich eine hohe Ausschaltgeschwindigkeit zur Auftrennung der Kontaktelemente bereitzustellen . Insbesondere kann dafür das Schwungrad derart einstellbar oder eingerichtet sein, dass das Trägheitsmoment klein ist .

In einem zweiten Wegbereich und/oder Zeitbereich kann das Schwungrad eine geringere Ausschaltgeschwindigkeit und somit eine Verzögerung oder Dämpfung der Ausschaltgeschwindigkeit bereitstellen . Insbesondere kann das Schwungrad derart einstellbar oder eingerichtet sein, dass das Trägheitsmoment groß ist und viel kinetische Energie aufnimmt und speichert .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann das Schwungrad eingerichtet sein, ab einer vorgegebenen, insbesondere hohen, Winkelgeschwindigkeit das Trägheitsmoment zu erhöhen . Dabei kann das Schwungrad zusätzlich eingerichtet sein, die Schaltgeschwindigkeit auf einem vorgegebenen Wert zu begrenzen . Auch kann das Schwungrad eingerichtet sein, bei einer vorgegebenen, insbesondere geringen/geringeren, Winkelgeschwindigkeit das Trägheitsmoment zu reduzieren . Dadurch kann eine Beschleunigungsphase verkürzt oder die Schaltbewegung beschleunigt werden .

In einer möglichen Aus führungs form ist das Schwungrad mit einer Anzahl von beweglichen Massenelementen versehen . Beispielsweise kann mindestens ein Massenelement vorgesehen sein, das radial beweglich auf dem Schwungrad angeordnet ist . Bevorzugt sind mindestens zwei Massenelemente gleichmäßig verteilt auf dem Schwungrad angeordnet . Mit anderen Worten : Das Schwungrad kann als ein Zweimassenschwungrad oder ein Viermassenschwungrad oder dergleichen ausgebildet sein .

Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass das Schwungrad mit einem Steuerelement versehen ist , das eingerichtet ist , das mindestens eine Massenelement radialbeweglich zu führen . Beispielsweise können die Massenelemente auf dem Schwungrad radial beweglich angeordnet sein und zusätzlich kann diese Bewegung radial nach außen durch Rückstell federn begrenzt sein . Dadurch wird erreicht , dass die Massenelemente einerseits durch die Fliehkraft radial nach außen verschoben werden, wenn die Fliehkraft durch die ansteigende Winkelgeschwindigkeit größer als die Federkraft wird . Daraus resultierend steigt das Massenträgheitsmoment ab einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit an . Durch die Rückstell federn kann die Schaltgeschwindigkeit auf einem bestimmten Niveau begrenzt werden . Darüber hinaus kann das Massenträgheitsmoment bei geringeren Winkelgeschwindigkeiten reduziert werden und somit kleiner sein, um so zum Beispiel die Beschleunigungsphase zu verkürzen oder die Schaltbewegung zu beschleunigen gegenüber einem bekannten konstant hohem Massenträgheitsmoment .

In einem weiteren Beispiel kann das Steuerelement passiv, zum Beispiel als eine Führungsbahn, eine Kurvenbahn oder dergleichen, am Schwungrad ausgebildet sein . Alternativ kann das Steuerelement aktiv als ein hydraulisches Stellelement oder ein elektromagnetisches Stellelement oder ein Federstellelement ausgebildet sein . Durch eine radiale Verschiebung des/der Massenelement/e zum Beispiel aktiv durch ein hydraulisches Stellelement oder ein elektromagnetisches Stellelement ist eine Verschiebung in Abhängigkeit von der Stellung des Schwungrads und zusätzlich optional von der Zeit und/oder der Bewegungsrichtung möglich . Die radiale Verschiebung der Massenelemente kann alternativ durch eine feste Kurvenbahn in eine oder beide radiale Richtungen gesteuert sein oder werden . Dadurch kann ebenso ein bestimmtes Trägheitsmoment in Abhängigkeit von der Stellung erzielt werden . Mit anderen Worten : Die Massenelemente , die während einer Schaltbewegung auf dem sich in Umfangsrichtung drehenden Schwungrad beweglich angeordnet sind, können beispielsweise durch eine feststehende Kurvenbahn radial in beide Richtungen verschoben werden . Dabei kann die Kurvenbahn derart eingerichtet sein, dass das Trägheitsmoment des Schwungrades in Abhängigkeit von der Stellung geändert und die Schaltgeschwindigkeit auf einer bestimmten Wegstrecke variabel gesteuert wird .

Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Steuerelement derart eingerichtet ist , dass das mindestens eine Massenelement in zumindest eine oder in beide radiale Richtungen beweglich geführt ist . Dadurch kann ein bestimmtes Trägheitsmoment in Abhängigkeit von der Position bereitgestellt werden .

Darüber hinaus kann ein Begrenzer, zum Beispiel eine Rückstell feder, zur Begrenzung der radialen Bewegung des mindestens einen Massenelements vorgesehen sein . Durch eine Verschiebung der Massenelemente durch Fliehkraft gegen eine Kraft zum Beispiel einer Rückstell feder ist es möglich, eine Abhängigkeit des Trägheitsmomentes von der Winkelgeschwindigkeit zu erreichen .

Eine weitere Aus führungs form sieht eine Verstellung der Massenelemente nach außen durch eine Kombination von passiven und aktiven Steuerelementen, insbesondere eine Kombination einer Kurvenbahn mit einem hydraulischen Stellelement oder einem elektromagnetischen Stellelement und eine Rückstellung durch eine Rückstell feder vor .

In einer möglichen Aus führungs form kann der Antrieb als ein Federspeicherantrieb ausgebildet sein . Das Schwungrad kann beispielsweise in der kinematischen Kette auf einer Spannwelle einer Einschaltfeder des Federspeicherantriebs angeordnet sein . Hierdurch ist sichergestellt , dass das Schwungrad keinen Einfluss auf die erforderliche höhere Ausschaltgeschwindigkeit hat . Alternativ kann das Schwungrad auf einer Schaltwelle einer Ausschaltfeder oder einer Getriebewelle angeordnet sein .

Dabei kann das Schwungrad beispielsweise starr oder drehfest an der Spannwelle , der Schaltwelle oder der Getriebewelle befestigt sein . Alternativ kann ein Mitnehmer für das Schwungrad mit einem Freilauf vorgesehen sein . Beispielsweise kann eine Mitnahme des Schwungrads nur in eine Richtung durch Einsatz eines Freilaufes erfolgen . Auch kann die Mitnahme über ein Getriebe erfolgen, um zum Beispiel eine höhere Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades zu erreichen .

In einer weiteren Aus führungs form kann das Schwungrad über ein Getriebeelement gekoppelt oder koppelbar sein . Hierdurch kann eine andere Winkelgeschwindigkeit und somit eine andere Schaltgeschwindigkeit als die der Spannwelle oder Schaltwelle erzielt werden .

Zusammenfassend ermöglicht die Erfindung ein steuerbares variables Trägheitsmoment eines an die kinematische Kette des Leistungsschalters angekoppelten Schwungrades mit radial beweglichen Massenelementen .

Durch ein variables und steuerbares Trägheitsmoment des Schwungrades kann die Schaltgeschwindigkeit j e nach Anforderung zum Beispiel in einem bestimmten Zeit- oder Wegintervall vor Aufeinandertref fen der Schaltkontakte reduziert werden, indem in dem entsprechenden Intervall die Massenträgheit des Schwungrades deutlich vergrößert wird, ohne dass das dafür maximal notwendige Trägheitsmoment des Schwungrades zum Beispiel in der Beschleunigungsphase am Anfang der Schaltbewegung diese verzögert und so die gesamte Einschaltzeit verlängert . In einer besonders einfachen Aus führung der Erfindung mit Fliehkraftverstellung der Massenelemente gegen eine Federkraft kann die maximale Schaltgeschwindigkeit begrenzt werden, ohne dass das hohe Trägheitsmoment des Schwungrades zum Beispiel in der Beschleunigungsphase am Anfang der Schaltbewegung diese verzögert und so die gesamte Einschaltzeit verlängert .

Für eine erforderliche Reduzierung der Ausschaltgeschwindigkeit in einem zweiten Weg- oder Zeitintervall nach einem ersten Intervall mit sehr hoher Schaltgeschwindigkeit nach Kontakttrennung ist ein Schwungrad mit variablem Trägheitsmoment ebenso vorteilhaft anwendbar . Gegenüber dem bisher hierfür verwendeten hydraulischen Dämpfer hat die neue Lösung den Vorteil , dass die Schaltenergie nicht für die Schaltbewegung verloren ist und nach dem verzögerten Intervall weiterhin zur Verfügung steht , um zum Beispiel zuverlässig die Endstellung zu erreichen, auch wenn die Gegenkräfte wieder ansteigen . Durch erneute Verstellung des Schwungrades lässt sich auch die Schaltgeschwindigkeit erneut wieder steuern und beeinflussen .

Die Erfindung ermöglicht auch für eine Ein- und Ausschaltbewegung verschiedene Massenträgheitsmomente einzustellen, wenn die Verschiebung der Massenelemente zum Beispiel durch passive und/oder aktive Steuerelemente erfolgt . Dadurch ist es möglich, das Schwungrad auch an einer alternativen Stelle in der kinematischen Kette anzuordnen .

Bei der Anordnung auf der Spannwelle der Einschaltfeder kann demgegenüber nur eine Beeinflussung der Einschaltbewegung, nicht aber der Ausschaltbewegung erreicht werden .

Alternativ ist es möglich, das Schwungrad auf einer Welle anzuordnen, die sowohl bei Einschaltung als auch Ausschaltung des Leistungsschalters verdreht wird . Dabei können das Schwungrad und die Massenelemente derart eingerichtet sein und Zusammenwirken, dass j eweils andere Trägheitsmomente in Abhängigkeit von der Schaltbewegung - Einschaltbewegung oder Ausschaltbewegung - einstellbar sind . Auch können das Schwungrad und die Massenelemente derart eingerichtet sein und Zusammenwirken, dass während einer Schaltbewegung das Trägheitsmoment steuerbar, insbesondere veränderbar, ist .

Die Erfindung ermöglicht beispielsweise durch das steuerbare Trägheitsmoment des Schwungrades , dass die Einschaltgeschwindigkeit und/oder Ausschaltgeschwindigkeit reduziert werden kann und gleichzeitig einen bestimmten Wert nicht überschreitet . Wenn in diesem Falle nach dem Aufeinandertref fen der Kontaktelemente am Ende der Einschaltbewegung zum Beispiel Kontaktandruckfedern oder eine Feder zur Bereitstellung der Ausschaltenergie noch gespannt werden müssen, ermöglicht die Erfindung, insbesondere das Schwungrad mit den radial beweglichen Massenelementen, dass eine hierzu bereitgestellte Energie der Einschaltfeder am Anfang der Schaltbewegung in Form von kinetischer Energie des Schwungrades zwischengespeichert wird, um diese dann am Ende der Schaltbewegung an die Kontaktandruckfedern oder Ausschaltfeder zum Spannen und Bereitstellen der Ausschaltenergie abzugeben .

In Abhängigkeit der Massenträgheit des Schwungrades ergibt sich somit als Bauteil der kinematischen Kette eine bestimmte notwenige Geschwindigkeit des Schwungrades , um eine bestimmte kinetische Energie zwischenzuspeichern . So kann das Schwungrad bevorzugt eingerichtet sein, eine für die Ausschaltbewegung des Leistungsschalters notwendige Energie zwischenzuspeichern und gleichzeitig einen bestimmten Geschwindigkeitsverlauf zu erreichen . Auch kann es zum Beispiel bei Leitungsschaltern mit Vakuumröhren erforderlich sein, dass das Schwungrad in einem bestimmten Zeitintervall oder in einem bestimmten Wegintervall nach Trennen der Kontaktelemente eine bestimmte hohe Kontaktgeschwindigkeit bereitstellt und danach während eines zweiten Intervalls die Kontaktgeschwindigkeit auf ein deutlich niedrigeres Niveau begrenzt . Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Dabei zeigen :

FIG 1 schematisch in teilweiser Schnittdarstellung einen Leistungsschalter mit einem Schwungrad,

FIG 2 in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Schwungrad mit Massenelementen,

FIG 3 in schematischer Darstellung ein weiteres Beispiel für ein Schwungrad mit Massenelementen, und

FIG 4 in schematischer Darstellung ein weiteres Beispiel für ein Schwungrad mit Massenelementen .

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen .

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Figur 1 zeigt schematisch in teilweiser Schnittdarstellung einen Leistungsschalter 1 .

Beispielhaft ist als Leistungsschalter 1 ( auch Schaltanlage oder Schaltgerät genannt ) ein Hochspannungs-Leistungsschalter gezeigt . Der Leistungsschalter 1 umfasst einen elektrischen Kontakt 3 , dargestellt in einem Gehäuse 5 . Der elektrische Kontakt 3 umfasst beispielsweise ein bewegliches Kontaktelement 7 und ein weiteres Kontaktelement 9 . Das weitere Kontaktelement 9 kann beispielsweise beweglich oder fest ausgebildet sein . Die Kontaktelemente 7 , 9 sind beispielsweise aus Kupfer, Graphit und/oder Stahl gefertigt .

Des Weiteren umfasst der Leistungsschalter 1 einen Antrieb 11 , dessen Antriebsbewegung über eine kinematische Kette 13 auf das bewegliche Kontaktelement 7 zum Schalten des Kontakts 3 übertragbar ist .

Beim Einschalten des Leistungsschalters 1 , insbesondere Schließen des Kontakts 3 , wird das bewegliche Kontaktelement 7 auf das weitere Kontaktelement 9 zubewegt , bis eine mechanische und elektrische Kopplung oder Verbindung besteht .

Beim Ausschalten des Leistungsschalters 1 wird das bewegliche Kontaktelement 7 von dem weiteren Kontaktelement 9 wegbewegt , bis der elektrische Kontakt 3 geöf fnet ist .

Der Antrieb 11 , zum Beispiel ein Motor und/oder ein Federspeicherantrieb 31 , stellt eine notwendige Bewegungsenergie zum Schalten bereit . Elemente der kinematischen Kette 13 , zum Beispiel Getriebeelemente 15 , wie zum Beispiel eine Getriebewelle 15 . 1 , eine Antriebsstange 17 , eine Spannwelle 19 und/oder einer Schaltwelle 20 , übertragen die Antriebsbewegung vom Antrieb 11 auf das bewegliche Kontaktelement 7 .

Über die Spannwelle 19 des Federspeicherantriebs 31 kann eine Einschaltfeder 21 gespannt werden . Beim Einschalten spannt die sich entspannende Einschaltfeder 21 über nicht dargestellte Elemente im Federspeicherantrieb 31 eine Ausschaltfeder 23 und eine Kontaktandruckfeder 22 und schaltet den Kontakt 3 ein, indem das bewegliche Kontaktelemente 7 betätigt wird . Beim Einschalten drehen sich sowohl die Spannwelle 19 als auch die Schaltwelle 20 und die Getriebewelle 15 . 1 .

Beim Ausschalten entspannt sich die Ausschaltfeder 23 und die Kontaktandruckfeder 22 und die Kontaktelemente 7 , 9 werden über die kinematische Kette 13 getrennt und geöf fnet .

Die Spannwelle 19 wird beim Ausschalten nicht gedreht ; nur die Schaltwelle 20 und die Getriebewelle 15 . 1 werden angetrieben durch die sich entspannende Ausschaltfeder und Kontaktandruckfeder 22 gedreht .

Das Schwungrad 27 kann, wenn es auf der Spannwelle 19 angeordnet ist , die Einschaltung des elektrischen Kontakts 3 steuern und beeinflussen . Das Schwungrad 27 kann alternativ, wenn es auf der Schaltwelle 20 oder der Getriebewelle 15 . 1 angeordnet ist , sowohl die Einschaltung als auch die Ausschaltung des elektrischen Kontakts 3 steuern und beeinflussen .

Der elektrische Kontakt 3 ist in dem Gehäuse 5 angeordnet . Das Gehäuse 5 ist zum Beispiel ein gerippter I solator aus einem Verbundwerkstof f , Keramik und/oder Silikon .

Das Gehäuse 5 kann mit einem I solator 25 , zum Beispiel mit einem Schalt- oder I soliergas befüllt , z . B . SF6 und/oder Clean Air, oder mit einem anderen geeigneten I solatormaterial versehen sein, um beim ausgeschalteten Zustand des Leistungsschalters 1 eine gute elektrische I solation zwischen den Kontaktelementen 7 , 9 und über die Gehäuseinnenseite zu erhalten .

Zur variablen Einstellung der Schaltgeschwindigkeit ist an der kinematischen Kette 13 oder in die kinematische Kette 13 das mindestens eine Schwungrad 27 gekoppelt beziehungsweise geschaltet , dessen Trägheitsmoment steuerbar ist . Das Schwungrad 27 ist als Energiespeicher zur Speicherung von kinetischer Energie , insbesondere Rotationsenergie , ausgebildet .

Dadurch, dass die Massenträgheit der kinematischen Kette 13 durch das angekoppelte Schwungrad 27 mit einem bestimmten Trägheitsmoment vergrößert und zusätzlich variabel gesteuert werden kann, kann die Schaltgeschwindigkeit , insbesondere die Einschaltgeschwindigkeit und/oder die Ausschaltgeschwindigkeit , des Leistungsschalters 1 variabel gesteuert werden .

Zum Beispiel kann bei Einschaltung eine nach Zusammentref fen der Kontaktelemente 7 , 9 und am Ende einer Einschaltbewegung erforderliche kinetische Energie zum Spannen der Ausschaltfeder 23 oder der Kontaktandruckfeder 22 , die erst nach einem galvanischen Kontakt der Kontaktelemente 7 , 9 wirkt , mittels des Schwungrades 27 zwischengespeichert werden, ohne eine bestimmte Einschaltgeschwindigkeit beim Zusammentref fen der Kontaktelemente 7 , 9 zu überschreiten .

Beispielsweise kann das Schwungrad 27 derart eingerichtet sein, dass dessen Trägheitsmoment in Abhängigkeit von einer Position des Schwungrades 27 und/oder einer Schaltposition des Leistungsschalters 1 , insbesondere des beweglichen Kontaktelements 7 , veränderbar ist . Ein solch eingerichtetes Schwungrad 27 , dessen Trägheitsmoment in Abhängigkeit von der Position veränderbar ist , ermöglicht beispielsweise sowohl eine Dämpfung als auch eine Vergrößerung der Schaltgeschwindigkeit in einfacher Art und Weise .

Beispielsweise kann das Schwungrad 27 derart eingerichtet sein, dass eine Schaltgeschwindigkeit des beweglichen Kontaktelements 7 bereichsweise steuerbar ist .

Des Weiteren kann das Schwungrad 27 eingerichtet sein, bei einer Ausschaltung oder Trennung der Kontaktelemente 7 , 9 in einem ersten Wegbereich und/oder Zeitbereich eine hohe Ausschaltgeschwindigkeit zur Auftrennung der Kontaktelemente 7 , 9 bereitzustellen, indem das Schwungrad 27 so eingerichtet ist , dass dessen Trägheitsmoment klein ist , und in einem zweiten Wegbereich und/oder Zeitbereich eine geringere Ausschaltgeschwindigkeit und somit eine Verzögerung oder Dämpfung der Ausschaltgeschwindigkeit bereitzustellen, indem das Schwungrad 27 so eingerichtet ist , dass dessen Trägheitsmoment groß ist und kinetische Energie aufnimmt und speichert .

Auch kann das Schwungrad 27 eingerichtet sein, ab einer vorgegebenen, insbesondere hohen, Winkelgeschwindigkeit das Trägheitsmoment zu erhöhen . Dabei kann das Schwungrad 27 zusätzlich eingerichtet sein, die Schaltgeschwindigkeit auf einem vorgegebenen Wert zu begrenzen . Ferner kann das Schwungrad 27 eingerichtet sein, bei einer vorgegebenen, insbesondere geringen/geringeren, Winkelgeschwindigkeit das Trägheitsmoment zu reduzieren . Dadurch kann eine Beschleunigungsphase verkürzt werden .

Das Schwungrad 27 kann beispielsweise in der kinematischen Kette 13 auf der Spannwelle 19 einer Einschaltfeder 21 oder der Schaltwelle 20 einer Ausschaltfeder 23 oder der Getriebewelle 15 . 1 des als Federspeicherantrieb 31 ausgebildeten Antriebs 11 angeordnet sein . I st das Schwungrad 27 nur auf Spannwelle 19 angeordnet , ist sichergestellt , dass das Schwungrad 27 keinen Einfluss auf die erforderliche höhere Ausschaltgeschwindigkeit , sondern nur auf die Einschaltgeschwindigkeit hat . I st hingegen das Schwungrad 27 auf der Schaltwelle 20 oder der Getriebewelle 15 . 1 angeordnet , kann sowohl die Einschaltgeschwindigkeit als auch die Ausschaltgeschwindigkeit mittels des Schwungrads 27 gesteuert werden .

Dabei kann das Schwungrad 27 beispielsweise starr oder drehfest an der Spannwelle 19 oder der Schaltwelle 20 oder der Getriebewelle 15 . 1 befestigt sein . Dadurch wird das Schwungrad 27 sowohl bei Einschaltung als auch Ausschaltung des Leistungsschalters 1 gemäß Pfeil 10 verdreht . Alternativ kann ein Mitnehmer für das Schwungrad 27 mit einem Freilauf vorgesehen sein . Beispielsweise kann eine Mitnahme des Schwungrads 27 nur in eine Richtung durch Einsatz eines Freilaufes erfolgen . Auch kann die Mitnahme über ein Getriebe erfolgen, um zum Beispiel eine höhere Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades 27 zu erreichen .

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Schwungrad 27 . Das Schwungrad 27 kann scheibenförmig ausgebildet sein . Das Schwungrad 27 weist eine Durchgangsöf fnung 28 zur Aufnahme der Spannwelle 19 oder einer anderen Welle in der kinematischen Kette 13 .

In einer möglichen Aus führungs form ist das Schwungrad 27 mit einer Anzahl von beweglichen Massenelementen 35 versehen . Das Trägheitsmoment des Schwungrades 27 kann beispielsweise durch auf dem Schwungrad 27 radial bewegliche Massenelemente 35 verändert werden .

Vorteilhaft sind mindestens zwei gleichmäßig verteilte Massenelemente 35 vorgesehen, um keine Unwucht entstehen zu lassen . Alternativ ist es möglich, nur ein verstellbares Massenelement 35 zu verwenden . Alternativ kann die Anzahl der Massenelemente 35 ein Viel faches von zwei oder bei einer ungeraden Anzahl von Massenelementen 35 gleichmäßig verteilt angeordnet sein . Mit anderen Worten : Das Schwungrad 27 kann als ein Zweimassenschwungrad, ein Dreimassenschwungrad, ein Viermassenschwungrad, ein Fünfmassenschwungrad oder ein Sechsmassenschwungrad oder dergleichen ausgebildet sein .

Des Weiteren kann das Schwungrad 27 mit einem Steuerelement 37 versehen sein, das eingerichtet ist , das mindestens eine Massenelement 35 radialbeweglich zu führen . In Figur 2 ist das Steuerelement 37 beispielsweise passiv ausgebildet . Zum Beispiel ist das Steuerelement 37 als eine Führungsbahn 39 oder eine Kurvenbahn oder dergleichen, am Schwungrad 27 ausgebildet . Die radiale Verschiebung der Massenelemente 35 kann durch die feste Führungsbahn 39 in eine oder beide radiale Richtungen gesteuert sein oder werden . Beispielsweise ist die Führungsbahn 39 als eine Nockenbahn ausgebildet sein, entlang der die beiden Massenelemente 35 radial nach außen und/oder radial nach innen bewegbar sind . Dadurch kann ein bestimmtes Trägheitsmoment in Abhängigkeit von der Stellung des Schwungrades 27 erzielt werden . Dadurch kann wiederum die Schaltgeschwindigkeit auf einer bestimmten Wegstrecke variabel gesteuert werden .

Darüber hinaus können die Massenelemente 35 mittels der Führungsbahn 39 auf dem Schwungrad 27 radial beweglich geführt werden und zusätzlich kann deren Bewegung radial nach außen durch ein j eweils zugehörigen Begrenzer 41 , insbesondere eine Rückstell feder oder ein Rückstellelement oder ein Anschlag, begrenzt sein . Dadurch wird erreicht , dass die Massenelemente 35 einerseits durch die Fliehkraft radial nach außen verschoben werden, wenn die Fliehkraft durch die ansteigende Winkelgeschwindigkeit größer als die Federkraft wird und andererseits gleichzeitig gestoppt werden . Daraus resultierend steigt das Massenträgheitsmoment ab einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit an . Durch die Verschiebung der Massenelemente 35 durch Fliehkraft gegen eine Kraft des Begrenzers 41 ist es möglich, eine Abhängigkeit des Trägheitsmomentes von der Winkelgeschwindigkeit zu erreichen . Durch die Begrenzer 41 kann darüber hinaus die Schaltgeschwindigkeit auf einem bestimmten Niveau begrenzt werden . Insbesondere können die Begrenzer 41 verhindern, dass das Trägheitsmoment über einen bestimmten Wert hinaus ansteigt , die j eweilige Schaltgeschwindigkeit also nicht weiter reduziert wird .

Die Führungsbahn 39 kann eingerichtet sein, dass das mindestens eine Massenelement 35 in zumindest eine oder in beide radiale Richtungen (wie dargestellt ) beweglich geführt ist . Ferner kann die Führungsbahn 39 eingerichtet sein, dass das Trägheitsmoment des Schwungrades 27 bei geringeren Winkelgeschwindigkeiten reduziert wird und somit kleiner wird, um so zum Beispiel die Beschleunigungsphase zu verkürzen .

Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung ein weiteres Beispiel für ein Schwungrad 27 mit vier Massenelementen 35 ' . Der Unterschied gegenüber den Massenelementen 35 in Figur 2 liegt darin, dass die Massenelemente 35 ' drehbar gelagert auf dem Schwungrad 37 angeordnet sind .

Hierzu kann das Steuerelement 37 zum Beispiel aktiv ausgebildet sein . Beispielsweise kann das Steuerelement 37 als ein elektrisches Stellelement 43 , insbesondere ein Drehantrieb, ausgebildet sein . Alternativ kann das Steuerelement 37 als aktives Element durch ein hydraulisches Stellelement oder ein elektromagnetisches Stellelement oder ein Federstellelement ausgebildet sein .

In einer weiteren Aus führungs form können die Massenelemente 35 ' selbst derart eingerichtet sein, dass diese sich aufgrund der Drehbewegung des Schwungrades 27 selbsttätig radial nach außen und radial nach innen bewegen . Das Schwungrad 27 ist als eine variable Schwungmasse und variable Trägheitsmasse durch die sich selbsttätig radial beweglichen Massenelemente 35 ' ausgebildet .

Durch eine radiale Verschiebung des/der Massenelement/e 35 ' zum Beispiel aktiv durch das elektrische Stellelement 43 ist eine Verschiebung in Abhängigkeit von der Stellung des Schwungrads 27 und zusätzlich optional von der Zeit und/oder der Bewegungsrichtung möglich .

Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung ein weiteres Beispiel für ein Schwungrad 27 mit Massenelementen 35 ' ' .

Dieses Beispiel sieht eine Verstellung der

Massenelemente 35 ' ' nach außen durch eine Kombination von passiven und aktiven Steuerelementen 37 , insbesondere eine Kombination einer Führungsbahn 39 mit einem elektrischen Stellelement 43 vor . Zusammenfassend weist der Leistungsschalter 1 durch das Schwungrad 27 durch die auf diesem radial beweglichen Massenelemente 35 , 35 ' oder 35 ' ' eine variable Schwungmasse und variable Trägheitsmasse auf und ermöglicht in einfacher Art und Weise eine bereichsweise Vergrößerung und/oder bereichsweise Verkleinerung der Trägheitsmasse , so dass die Schaltgeschwindigkeit variiert und/oder Energie für ein Spannen eines Rückstellelements gespeichert werden kann .

Claims

Patentansprüche

1. Leistungsschalter (1) , insbesondere Hochspannungs- Leistungsschalter, umfassend mindestens einen elektrischen Kontakt (3) , gebildet durch ein bewegliches Kontaktelement (7) und ein weiteres Kontaktelement (9) , und einen Antrieb (11) , dessen Antriebsbewegung über eine kinematische Kette (13) auf das bewegliche Kontaktelement (7) zum Schalten des Kontakts (3) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet dass an der kinematischen Kette (13) mindestens ein Schwungrad (27) gekoppelt ist, dessen Trägheitsmoment steuerbar ist.

2. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) derart eingerichtet ist, dass ein Trägheitsmoment des Schwungrades (27) in Abhängigkeit von einer Position des Schwungrades (27) veränderbar ist.

3. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) derart eingerichtet ist, dass eine Schaltgeschwindigkeit des beweglichen Kontaktelements (7) bereichsweise steuerbar ist .

4. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) eingerichtet ist, ab einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit das Trägheitsmoment zu erhöhen.

5. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) mit einer Anzahl von beweglichen Massenelementen (35, 35', 35' ' ) versehen ist.

6. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Massenelement (35, 35' 35' ' ) radial beweglich auf dem Schwungrad (27) angeordnet ist.

7. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Massenelemente (35, 35' 35' ' ) gleichmäßig verteilt auf dem Schwungrad (27) angeordnet sind.

8. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) mit einem Steuerelement (37) versehen ist, das eingerichtet ist, das mindestens eine Massenelement (35, 35' 35' ' ) radialbeweglich zu führen.

9. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (37) derart eingerichtet ist, dass das mindestens eine Massenelement (35, 35' 35' ' ) in zumindest eine oder in beide radiale Richtungen beweglich geführt ist.

10. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Begrenzer (41) zur Begrenzung der radialen Bewegung des mindestens einen Massenelements (35, 35' 35' ' ) vorgesehen ist.

11. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (11) als ein Federspeicherantrieb (31) , ein Motor oder eine Kombination davon ausgebildet ist.

12. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) nur in eine Drehrichtung mitnehmbar ist.

13. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) auf einer Spannwelle (19) oder Schaltwelle (20) oder einer Getriebewelle (15.1) des Federspeicherantriebs (31) angeordnet ist.

14. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) starr an der Spannwelle (19) oder der Schaltwelle (20) oder der Getriebewelle (15.1) befestigt ist.

15. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (27) über ein Getriebe gekoppelt oder koppelbar ist.