WO1995005672A1 - Antrieb für einen elektrischen hochspannungs-leistungsschalter - Google Patents

Antrieb für einen elektrischen hochspannungs-leistungsschalter Download PDF

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WO1995005672A1
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Klaus Schuler
Hans Niemeier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
    • H01H3/3005—Charging means
    • H01H3/3021—Charging means using unidirectional coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/50—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position
    • H01H2001/508—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position with mechanical means to prevent return/reverse movement of movable contact once opening or closing cycle has started
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/11—Tripping mechanism

Definitions

  • the invention relates to a drive for an electrical high-voltage circuit breaker with a rotating drive crank, which can be driven by means of an energy store between an upper dead center and a lower dead center, and with a backstop, which after the
  • Passing through the bottom dead center blocks a return of the drive crank opposite to the drive movement.
  • Such a drive is known for example from DE-PS 36 23 247.
  • the backstop described there is primarily used to enable gradual tensioning of the drive spring by rotating the drive shaft, with the backstop being prevented from turning back by the backstop after each tensioning step.
  • Such a backstop can also be used after a switching operation, ie. H. when the energy accumulator is discharged and the drive crank moves past its bottom dead center, to prevent the drive crank from rewinding, so that it comes to rest faster and accordingly the energy store can be quickly recharged and that the drive crank does not swing back when swinging other parts of the switch destroyed or endangered.
  • this backstop In the case of the large drive forces required when operating a high-voltage circuit breaker, this backstop must also be designed in such a way that its desired functioning is permanently guaranteed.
  • the invention is therefore based on the object of mechanically relieving the backstop.
  • the object is achieved in that the backstop has a slip clutch which has a first ring which is firmly coupled to the drive crank and a second ring which blocks in the return direction and which can be rotated relative to one another when a triggering force is overcome.
  • the backstop does not take effect suddenly, but in a damped form.
  • the slipping clutch will rotate and after the switching operation the drive crank will pivot back a little against the drive direction before the backstop engages and the drive crank is fixed. Part of the excess energy is dissipated, for example by friction, by the slipping clutch slipping.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that elastic means are provided for pressing the first ring onto the second ring to form a frictional connection.
  • the mechanical coupling of the first ring to the second ring is thus ensured by a frictional engagement, the triggering force of the slip clutch being adjustable by the force with which the first ring and the second ring are pressed against one another.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the rings are arranged concentrically one inside the other, that the mutually facing lateral surfaces of the rings are complementary to one another conical and that elastic means for compressing the rings in the axial direction are provided.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the rings have recesses on their mutually facing boundary surfaces and that elastic elements are provided which each engage in at least one recess of each of the rings and which are elastic when the rings rotate relative to one another are deformable.
  • the excess energy is converted into a deformation of the elastic elements before the slip clutch is firmly engaged.
  • a frictional connection between the first and the second ring can be provided.
  • the rings can advantageously be arranged concentrically one inside the other and the elastic elements can be formed by leaf springs.
  • the leaf springs can, for example, be fastened in the inner ring and protrude into recesses in the outer ring. It is also conceivable that the leaf springs are rolled up into rings, one of which is arranged in a recess that overlaps the first and the second ring.
  • FIG 2 shows the slip clutch of Figure 1 and partially in
  • Figure 3 shows a slip clutch with elastic elements.
  • FIG. 1 shows a drive for a high-voltage circuit breaker with a drive shaft 1, on which, for example, a cam disk (not shown) is attached, through which the circuit breaker unit, also not shown, of the circuit breaker can be actuated during the switching process.
  • a cam disk not shown
  • the drive crank 2 On the drive shaft 1, the drive crank 2 is attached, which is shown in Figure 1 in its locked position before the switching process.
  • the locking device itself is only shown schematically by the lever 23 for reasons of simplicity.
  • the locking device 23 releases the drive crank 2, so that the drive shaft 1 rotates clockwise and the drive crank 2 pivots in the direction of the arrow 3.
  • the coil spring 4 forming the energy accumulator expands and thereby pulls the connecting rod 5 downward through an opening 6 in the stationary plate 7.
  • both the drive shaft 1 and the drive crank 2 continue to move clockwise, since the moving parts of the switch still have dynamic energy when they pass through the bottom dead center.
  • a pawl 8, 20 is provided which engages in recesses 9, 10 of a second ring 11.
  • the pawl 8 is mounted in a stationary manner and is pressed into the recesses of the second ring 11 by means of the spring 12. This prevents rotation of the second ring 11 counterclockwise, the second ring is locked.
  • a first ring 13 consisting of two partial rings is arranged within the second ring 11 and is fixedly connected to the drive shaft 1.
  • the two partial rings of the first Rings 13 are each conical on their outer lateral surface and are pressed against one another by means of springs 14.
  • Each of the partial rings of the first ring 13 is pressed against a conical partial surface of the inner surface of the second ring 11, whereby a frictional connection is formed between the first ring 13 and the second ring 11.
  • the springs 14 are supported on screw heads 15 by screws 16 which pass one of the partial rings of the first ring 13 with play and are screwed into the other partial ring by means of a thread.
  • the pressure or force of the partial rings of the first ring 13 against the inner circumferential surface of the second ring 11 can be adjusted by the strength or preload of the springs 14. As a result, the frictional force between the first ring 13 and the second ring 11 and thus the triggering force for the slip clutch can be adjusted.
  • FIG. 3 shows a slip clutch, which consists of a first, inner ring 17 and a second outer ring 18 surrounding it, which has recesses 19 on its outer lateral surface, into which a stationary pawl 20 optionally locks the outer ring 18 engages.
  • the coupling of the outer ring 18 to the inner ring 17 is provided by leaf spring elements 21, each of which consists of a spirally wound leaf spring element, which in a cylindrical, both in the outer ring 18 and are also arranged in the inner ring 17 engaging recess 22.

Landscapes

  • One-Way And Automatic Clutches, And Combinations Of Different Clutches (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Bei einem Antrieb für einen elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einer umlaufenden Antriebskurbel (2), die mittels eines Kraftspeichers (4) zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt antreibbar ist und mit einer Rücklaufsperre (8, 9, 10, 11), die nach dem Durchlaufen des unteren Totpunktes einen der Antriebsbewegung entgegengesetzten Rücklauf der Antriebskurbel (2) sperrt, ist die Rücklaufsperre mit einer Rutschkupplung versehen, die einen an die Antriebskurbel (2) und die Antriebswelle (1) fest angekoppelten ersten Ring aufweist, der bei Überwindung einer Auslösekraft gegenüber einem in Rücklaufrichtung sperrenden zweiten Ring (11) drehbar ist.

Description

Beschreibung
Antrieb für einen elektrischen Hochspannungs-Leistungsschal- ter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für einen elek¬ trischen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einer umlau¬ fenden Antriebskurbel, die mittels eines Kraftspeichers zwi¬ schen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt an- treibbar ist und mit einer Rücklaufsperre, die nach dem
Durchlaufen des unteren Totpunktes einen der Antriebsbewegung entgegengesetzten Rücklauf der Antriebskurbel sperrt.
Ein derartiger Antrieb ist beispielsweise aus der DE-PS 36 23 247 bekannt. Die dort beschriebene Rücklaufsperre wird vor allem dafür eingesetzt, ein schrittweises Spannen der Antriebsfeder durch eine Drehung der Antriebswelle zu ermöglichen, wobei nach jedem Spannschritt die Rückdrehung der Antriebswelle durch die Rücklaufsperre verhindert wird.
Eine derartige Rücklaufsperre kann auch dazu eingesetzt wer¬ den, nach einem Schaltvorgang, d. h. wenn der KraftSpeicher entladen ist und die Antriebskurbel sich über ihren unteren Totpunkt hinaus bewegt, das Rücklaufen der Antriebskurbel zu verhindern, so daß diese schneller zur Ruhe kommt und dement¬ sprechend der Kraftspeicher schnell wieder aufgeladen werden kann und daß die Antriebskurbel nicht beim Zurückschwingen andere Teile des Schalters zerstört oder gefährdet.
Bei den großen, beim Betrieb eines Hochspannungs-Leistungs- schalters notwendigen Antriebskräften muß auch diese Rück¬ laufsperre so gestaltet werden, daß ihr wunschgemäßes Funk¬ tionieren dauerhaft gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Rück¬ laufsperre mechanisch zu entlasten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rücklaufsperre eine Rutschkupplung aufweist, die einen an die Antriebskurbel fest angekoppelten ersten Ring und einen in Rücklaufrichtung sperrenden zweiten Ring aufweist, die ge- geneinander bei Überwindung einer Auslösekraft drehbar sind.
Durch die erfindungsgemäße Rutschkupplung wird die Rücklauf- sperre nicht ruckartig wirksam, sondern in gedämpfter Form. Zunächst wird bei Auftreten großer Kräfte die Rutschkupplung durchdrehen und die Antriebskurbel nach dem Schaltvorgang entgegen der Antriebsrichtung ein Stück weit zurückschwenken, bevor die Rücklaufsperre greift und die Antriebskurbel fi¬ xiert wird. Es wird dabei durch das Durchrutschen der Rutsch¬ kupplung ein Teil der überschüssigen Energie beispielsweise durch Reibung abgeführt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß elastische Mittel zum Andrücken des ersten Ringes an den zweiten Ring unter Bildung eines Reibschlusses vorgesehen sind. Die mechanische Ankopplung des ersten Ringes an den zweiten Ring wird somit durch einen Reibschluß gewährleistet, wobei die Auslösekraft der Rutschkupplung durch die Kraft einstellbar ist, mit der der erste Ring und der zweite Ring aneinander gedrückt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Ringe konzentrisch ineinander liegend angeordnet sind, daß die einander zugewandten Mantelflächen der Ringe komplementär zueinander konisch ausgebildet sind und daß elastische Mittel zum Zusammendrücken der Ringe in axialer Richtung vorgesehen sind.
Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache konstruktive Gestaltung, bei der durch relativ geringe Andruckkräfte je nach Gestaltung des Konus hohe Reibungskräfte zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring erzielt werden können. Au¬ ßerdem reicht eine einzelne Schraubenfeder zum Andrücken aus, und es wird eine relativ geringe Baugröße der Rutεchkupplung erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Ringe an ihren einander zugewandten Begren¬ zungsflächen Ausnehmungen aufweisen und daß elastische Ele¬ mente vorgesehen sind, die jeweils in wenigstens eine Ausneh¬ mung jedes der Ringe eingreifen und die bei Drehung der Ringe gegeneinander elastisch verformbar sind.
In diesem Fall wird die überschüssige Energie vor dem festen Einkuppeln der Rutschkupplung in eine Deformation der elasti¬ schen Elemente umgesetzt. Zusätzlich kann ein Reibschluß zwischen dem ersten und dem zweiten Ring vorgesehen sein.
Die Ringe können vorteilhaft konzentrisch ineinander liegend angeordnet sein und die elastischen Elemente können durch Blattfedern gebildet sein.
Die Blattfedern können beispielsweise in dem inneren Ring be¬ festigt sein und in Ausnehmungen des äußeren Ringes hinein¬ ragen. Es ist auch denkbar, daß die Blattfedern zu Ringen aufgerollt sind, von denen jeweils eine in eine den ersten und den zweiten Ring übergreifende Ausnehmung angeordnet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend erläutert.
Dabei zeigen Figur 1 eine Rutschkupplung mit Reibschluß,
Figur 2 die Rutschkupplung aus Figur 1 und zum Teil im
Schnitt,
Figur 3 eine Rutschkupplung mit elastischen Elementen.
Figur 1 zeigt einen Antrieb für einen Hochspannungs-Lei¬ stungsschalter mit einer Antriebswelle 1, auf der beispiels¬ weise eine nicht dargestellte Kurvenscheibe befestigt ist, durch die beim Schaltvorgang die ebenfalls nicht dargestellte Unterbrechereinheit des Leistungsschalters betätigbar ist. Auf der Antriebswelle 1 ist die Antriebskurbel 2 befestigt, die in der Figur 1 in ihrer verriegelten Stellung vor dem Schaltvorgang dargestellt ist. Die Verriegelungseinrichtung selbst ist aus Gründen der Einfachheit nur schematisch durch den Hebel 23 dargestellt.
Beim Schalten wird durch die Verriegelungseinrichtung 23 die Antriebskurbel 2 freigegeben, so daß sich die Antriebswelle 1 im Uhrzeigersinn dreht und die Antriebskurbel 2 in Richtung des Pfeiles 3 schwenkt. Die den Kraftspeicher bildende Schraubenfeder 4 dehnt sich aus und zieht dabei die Pleuel¬ stange 5 durch eine Öffnung 6 der ortsfesten Platte 7 nach unten.
Wenn die Antriebskurbel 2 ihren unteren Totpunkt durchlaufen hat, d. h. wenn die Schraubenfeder 4 ihre größte Ausdehnung erreicht hat, bewegen sich sowohl die Antriebswelle 1 als auch die Antriebskurbel 2 im Uhrzeigersinn weiter, da die be¬ wegten Teile des Schalters beim Durchlaufen des unteren Tot¬ punktes noch eine dynamische Energie aufweisen.
Dadurch wird die Schraubenfeder 4 wieder ein Stück weit kom- primiert, bis daß die Antriebskurbel 2 abgebremst ist.
In diesem Punkt soll ein Zurückschwingen der Antriebskurbel 2 verhindert werden. Hierzu ist eine Klinke 8, 20 vorgesehen, die in Ausnehmungen 9, 10 eines zweiten Ringes 11 eingreift. Die Klinke 8 ist ortsfest gelagert und wird mittels der Feder 12 in die Ausnehmungen des zweiten Ringes 11 hineingedrückt. Hierdurch wird eine Drehung des zweiten Ringes 11 entgegen dem Uhrzeigersinn verhindert, der zweite Ring wird gesperrt.
Innerhalb des zweiten Ringes 11 ist ein aus zwei Teilringen bestehender erster Ring 13 angeordnet,- der mit der Antriebs¬ welle 1 fest verbunden ist. Die beiden Teilringe des ersten Rings 13 sind an ihrer äußeren Mantelfläche jeweils gegenläu¬ fig konisch ausgebildet und werden mittels Federn 14 gegen¬ einander gedrückt. Jeder der Teilringe des ersten Ringes 13 wird dabei gegen eine konische Teilfläche der inneren Man- telflache des zweiten Ringes 11 gedrückt, wodurch ein Reib¬ schluß zwischen dem ersten Ring 13 und dem zweiten Ring 11 gebildet ist. Die Federn 14 stützen sich an Schraubenköpfen 15 von Schrauben 16 ab, die einen der Teilringe des ersten Ringes 13 mit Spiel durchsetzen und in dem anderen Teilring mittels eines Gewindes verschraubt sind. Durch die Stärke bzw. Vorspannung der Federn 14 läßt sich die Andruckkraft der Teilringe des ersten Ringes 13 gegen die innere Mantelfläche des zweiten Ringes 11 einstellen. Hierdurch ist die Reibungs¬ kraft zwischen dem ersten Ring 13 und dem zweiten Ring 11 und damit die Auslösekraft für die Rutschkupplung einstellbar.
Beim Zurückschwingen der Antriebskurbel 2 gegen den Uhrzei¬ gersinn bewegt sich der erste Ring 13 mit der Antriebskurbel 2 und der Antriebswelle 1 ein Stück weit mit, während der zweite Ring 11 durch die Klinke 8 zurückgehalten wird. Sobald die auf die Antriebskurbel 2 von der Schraubenfeder 4 ausge¬ übte Rückstellkraft so klein geworden ist, daß die Reibungs¬ kräfte zwischen dem ersten Ring 13 und dem zweiten Ring 11 größer sind, wird eine weitere Drehung des ersten Ringes 13 und somit der Antriebswelle 1 und der Antriebskurbel 2 ver¬ hindert. Die Antriebswelle ist dann in dieser Stellung' fi¬ xiert.
Die Figur 3 zeigt eine Rutschkupplung, die aus einem ersten, inneren Ring 17 und einen diesen umgebenden zweiten äußeren Ring 18 besteht, der an seiner äußeren Mantelfläche Ausneh¬ mungen 19 aufweist, in die eine ortsfeste Klinke 20 gegebe¬ nenfalls zum Sperren des äußeren Ringes 18 eingreift. Die Kopplung des äußeren Ringes 18 mit dem inneren Ring 17 ist durch Blattfederelemente 21 gegeben, die jeweils aus einem spiralförmig aufgewickelten Blattfederelement bestehen, das in einer zylindrischen, sowohl in den äußeren Ring 18 als auch in den inneren Ring 17 eingreifenden Ausnehmung 22 ange¬ ordnet sind. Bei einer Verdrehung des inneren Ringes 17 ge¬ genüber dem äußeren Ring 18 verschieben sich die die in den beiden Ringen 17, 18 angeordneten Teile der Ausnehmungen 22 gegeneinander, wobei die Blattfedern 21 elastisch verformt werden und eine Gegenkraft gegen die Verdrehung der Ringe ausüben. Nach Durchlaufen eines bestimmten Verdrehungsweges des ersten Ringes 17 gegenüber dem zweiten Ring 18 ist die Grenze der Verformung der Blattfedern 21 erreicht, so daß ein Formschluß zwischen den Ringen 17, 18 erreicht ist. Somit ist die -Antriebswelle 1 zu diesem Zeitpunkt angehalten.

Claims

Patentansprüche
1. Antrieb für einen elektrischen Hochspannungs-Leistungs- schalter mit einer umlaufenden Antriebskurbel (2), die mit- tels eines Kraftspeichers (4) zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt antreibbar ist und mit einer Rück¬ laufsperre (8, 9, 10, 11), die nach dem Durchlaufen des unte¬ ren Totpunktes einen der Antriebsbewegung entgegengesetzten Rücklauf der Antriebskurbel (2) sperrt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rücklaufsperre (8, 9, 10, 11) eine Rutschkupplung (11, 13) aufweist, die einen an die Antriebskurbel (2) fest angekoppelten ersten Ring (13) und einen in Rücklaufrichtung sperrenden zweiten Ring (11) aufweist, die gegeneinander bei Überwindung einer Auslösekraft drehbar sind.
2. Antrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß elastische Mittel (14) zum Andrücken des ersten Ringes (13) an den zweiten Ring (11) unter Bildung eines Reibschlus¬ ses vorgesehen sind.
3. Antrieb nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringe (11, 13) konzentrisch ineinander liegend ange¬ ordnet sind, daß die einander zugewandten Mantelflächen'der Ringe (11, 13) komplementär zueinander konisch ausgebildet sind und daß elastische Mittel (14) zum Zusammendrücken der Ringe (11, 13) in axialer Richtung vorgesehen sind.
4. Antrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringe (11, 13) an ihren einander zugewandten Begren- zungεflachen Ausnehmungen (22) aufweisen und daß elastische Elemente (21) vorgesehen sind, die jeweils in wenigstens eine Ausnehmung (22) jedes der Ringe (11,13) eingreifen und die bei Drehung der Ringe (11, 13) gegeneinander elastisch ver¬ formbar sind.
5. Antrieb nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringe (11, 13) konzentrisch ineinander liegend ange¬ ordnet sind und daß die elastischen Elemente (21) durch Blattfedern gebildet sind.
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