WO2016146348A1 - Schaltanordnung für eine gasisolierte schaltungsanlage und entsprechende schaltungsanlage - Google Patents

Schaltanordnung für eine gasisolierte schaltungsanlage und entsprechende schaltungsanlage Download PDF

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WO2016146348A1
WO2016146348A1 PCT/EP2016/053740 EP2016053740W WO2016146348A1 WO 2016146348 A1 WO2016146348 A1 WO 2016146348A1 EP 2016053740 W EP2016053740 W EP 2016053740W WO 2016146348 A1 WO2016146348 A1 WO 2016146348A1
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WO
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dome
coupling
magnetic field
magnetic
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PCT/EP2016/053740
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Christian Dengler
Jürgen HÖRER-DRAGENDORF
Roland MONKA
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/54—Mechanisms for coupling or uncoupling operating parts, driving mechanisms, or contacts
    • H01H3/56—Mechanisms for coupling or uncoupling operating parts, driving mechanisms, or contacts using electromagnetic clutch
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H3/54—Mechanisms for coupling or uncoupling operating parts, driving mechanisms, or contacts
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • H02K49/104—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element
    • H02K49/106—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with a radial air gap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/01—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/50—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts with indexing or locating means, e.g. indexing by ball and spring
    • H01H2003/506—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts with indexing or locating means, e.g. indexing by ball and spring making use of permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a switching arrangement for a gas-insulated circuit system, comprising an electrical switching device and a drive train, via which a contact piece of the switching device is movable by a drive device, wherein at least the contact piece is surrounded by an electrically insulating fluid, which in turn is surrounded by a fluid-tight encapsulation housing ,
  • Such a switching arrangement is known from DE 10 2007 003 132 AI.
  • This shows a switching arrangement with an electrical switching device and a drive train, via which a contact piece of the switching device is movable by a drive means, wherein at least the contact piece is surrounded by an electrically insulating fluid, which in turn is surrounded by a fluid-tight encapsulation housing.
  • the drive train has, in addition to the drive means, a drive shaft and a connecting rod.
  • Such switching arrangements are known in particular as components or modules gas-insulated circuit system (GIS) and are installed there for separating and grounding current paths.
  • GIS gas-insulated circuit system
  • these switching arrangements may have to reach certain minimum switching speeds in order to avoid increased burnup at the contact pieces due to currents or residual charges. These switching speeds can often be difficult or impossible to realize by conventional electric drives as drive devices in circuit systems. To such high
  • Jumping mechanisms were developed, which convert a slow tensioning movement into statically stored energy and then abruptly into can release a fast switching movement.
  • Sprung mechanisms have been realized by means of spiral or disc spring packages, but require a certain amount of space.
  • a magnetic clutch is a clutch that transmits movement from a drive side to an output side using magnetic forces. On the drive side, a movement is initiated and on the output side a movement can be tapped. As such, a magnetic coupling often serves for an approximately slip-free transmission of a movement. There is a synchronous transmission of a movement on the magnetic coupling. By limiting the range of movement of the output-side movement, however, a change / conversion of the characteristic of drive-side and output-side movement takes place here. The magnetic coupling is now used to produce a jump-like movement, wherein a driving movement, for example, takes place uniformly continuously.
  • the resulting new magnetically operated jump unit can realize the switching energies required for such a fast switching movement in relatively small dimensions.
  • the jump unit is placed between the drive device and the switch contact.
  • the magnetic coupling can be realized as a very small component, it can also be arranged in the fluid space formed by the fluid-tight encapsulating housing with the electrically insulating fluid. According to a preferred embodiment of the invention, therefore, the drive train or at least one part of the drive train which comprises the magnetic coupling is also surrounded by the electrically insulating fluid.
  • the switching arrangement can comprise not only one but also a plurality of electrical switching devices. If the switching arrangement has a plurality of electrical switching devices, a separate drive train with its own magnetic coupling is preferably provided for each of these switching arrangements. If, for example, the switching arrangement comprises a three-phase system with a corresponding number of current paths and switching devices connected therein, the use of one magnetic coupling per current path instead of one coupling for all three phases is thus preferably provided in this embodiment. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the switching arrangement has at least one mechanical stop for limiting the movement. Preferably, the magnetic coupling itself has at least one stop.
  • the magnetic coupling has a first coupling partner and a second coupling partner which can be coupled via a magnetic field passing through a coupling gap between the coupling partners, for which purpose a magnetic field source is arranged on at least one coupling partner.
  • the dome partners are assemblies of a magnetic coupling between which magnetic forces act. Between the dome Partnern a dome gap is arranged, via which way, using magnetic forces, a movement is transferable. For this purpose, a magnetic flux extends inside or through the dome gap. The magnetic flux runs on closed tracks, which are guided at least partially in one, in particular in both dome partners.
  • the magnetic flux can be bundled in at least one of the dome partners, so that an occurrence of leakage fluxes in areas facing away from the dome gap is counteracted.
  • One of the coupling partners is usually assigned to a drive side and the other coupling partner is usually assigned to an output side of the magnetic coupling, wherein a force transmission takes place via a magnetic field (magnetic flux) passing through the coupling partners at least in sections.
  • a magnetic coupling can be designed in various ways.
  • a magnetic coupling for example, a transmission of translational or rotatingclos forms serve etc.
  • at least one of the dome partners, preferably both dome partners should be equipped with a magnetic field source.
  • a magnetic field source is, for example, a section of a dome partner, from which a magnetic field emanates and a magnetic flux is driven.
  • a magnetic field source may, for example, have a permanent magnet or else a plurality of permanent magnets.
  • the magnetic field sources can be oriented such that the respective magnetic field source emanating magnetic fields / magnetic fluxes superimpose each other and cause a resulting magnetic / resulting magnetic flux, which / at least partially fed by two magnetic field sources ,
  • An overlay should be made so as to amplify the resulting magnetic flux.
  • a reinforcing overlapping area should preferably be guided through the dome gap.
  • a magnetic flux runs in closed tracks.
  • a magnetic flux is driven by a magnetic field source.
  • the tracks of the magnetic flux should be directed concentrated by an urging in the direction of the dome gap as possible within the dome partner / the dome partner, in particular the Magnetfeidán (s). Outside of the magnetic field sources, the magnetic flux should preferably pass through the dome gap. Closing the paths of the magnetic flux which pass through the dome gap should preferably take place within the dome partners, in particular within a magnetic field source. This reduces the occurrence of stray fluxes that do not contribute to the transmission of power outside of the dome partners.
  • the output-side dome partner can rotate relative to one another at a rotational angle with an amount which is divisible by 5 or 10 (eg 180 °, 90 °, 60 °, 45 °, 40 °, 35 °, etc.), preferably a few degrees below the integer divisors, be limited in its mobility.
  • the angle of rotation can be set reduced by a few degrees compared to the above example.
  • a movement restriction can be done for example by means of the mentioned attacks.
  • a movement of the driving dome partner can continue to progress even when concerns the output side dome partner to a stop.
  • a disengagement of the magnetic coupling is enforced by a driving movement with reaching the stop of the output side coupling partner, wherein up to a dead center, a positional fixation of the driven side dome partner using the magnetic forces for pressing the same takes place at a stop.
  • the dead center is exceeded or the dead center is reached, the coupling partners of the magnetic coupling move into a new coupling pair (maximum permissible slip between the coupling partners is achieved), whereby there is a (rotation) reversal of the direction of the relative movement between the coupling elements Dome partners is coming. This switching and re-engagement of the dome partners takes place abruptly.
  • stops can be used for limiting the mobility of the driven-side dome partner.
  • the stops should have a damping effect, so that a mechanically disadvantageous influence on the magnetic coupling is counteracted.
  • Such a damped striking furthermore counteracts demagnetization, possibly at the dome partners, of existing permanent magnets of a magnetic field source.
  • a magnetic field source can maintain its advantageous polarization even after frequent operations of the device.
  • the magnetic field source is controllable such that its magnetic flux is urged in the direction of the dome gap.
  • the magnetic flux can be provided, for example, by means of magnetically shielding elements, so that a low-resistance conduction of the magnetic flux takes place and certain regions (in particular regions remote from the coupling partner) are at least partially free of magnetic flux and with a comparatively low magnetic resistance within the shielding element takes place a concentration of the magnetic flux.
  • regions of the magnetic field source facing away from the respective other coupling partner are kept as free of magnetic flux as possible, whereas the magnetic flux is amplified in the region facing the other coupling partner.
  • a course of the magnetic flux through the dome gap between the dome partners can take place in such a way that entry or exit of the magnetic flux takes place as perpendicularly as possible out of / into a dome gap limiting surface of a dome part ner. This should be especially in the engaged case. If slip occurs (decoupling is initiated), distortion of the magnetic flux flow in the dome gap may occur.
  • a preferred perpendicular entry / exit of the magnetic flux makes it possible to allow the magnetic flux to pass through the dome gap in a short path and to effect an effective force transmission by the vertical alignment.
  • the magnetic flux should enter and exit from pole faces of a magnetic field source.
  • a self-contained path of a magnetic flux in / out of pole faces should enter and exit, which are spaced apart.
  • the magnetic field or the magnetic flux can be extended in the direction of a relative movement between the dome partners.
  • the spatial extent of a self-contained path in the direction of the relative movement of the coupling partners should be greater than transverse to the direction of the relative movement of the coupling partner.
  • the magnetic flux extends within the dome gap substantially transverse to the direction of relative movement of the dome partners.
  • Such a transverse course of a closed path can be limited in each case at the end by an essential perpendicular introduction / discharge of the magnetic flux into / out of pole faces of the magnetic field source (s).
  • the magnetic flux may be directed parallel to a relative movement of the dome partners preferably within the dome partners, in particular within a magnetic field source.
  • an increased force can be transmitted. will wear.
  • the number of possible dome positions between the dome partners can be increased or reduced by varying the number of pole faces. Extending the magnetic field lines of the magnetic circuit in the direction of relative mobility between the dome partners allows for increased slip between the dome partners.
  • slip is to be understood as meaning, regardless of the form of the relative movability between the dome partners, an initial deflection of the dome partners from a coupled, stable relative position. In this state, the magnetic forces continue to cause a restoring force between the dome partners.
  • the type of relative mobility may be translational, rotational or otherwise provided. For example, one is
  • a flow extension in the azimuthal direction is advantageous in a rotatable relative movement between the dome partners, so that in this case an automatic return of the dome partners in the original, d. H. stable dome position occurs.
  • a parallel course of the flow to the dome gap preferably within the dome partner / in particular within a magnetic feeder source corresponds to a concentric course with respect to the relative rotational mobility of the dome partners.
  • the path of a magnetic flux may be in the form of a ring sector.
  • Control is effected by a polarization of the magnetic field source.
  • An influence or displacement of a magnetic flux can be achieved by a suitable polarization of the magnetic flux. field source. It is thus possible, for example, for the magnetic field source to extend spatially, wherein different north and south poles with pole faces within the magnetic field source are positioned at several positions.
  • the magnetic field source can be subdivided into several sectors, wherein each of the sectors can in turn be differently polarized.
  • Pole faces of the magnetic field source from which a magnetic flux exits or enter should be aligned in the direction of the dome gap.
  • Pole areas are areas at a magnetic field source, at which a magnetic flux from the magnetic field source enters or exits.
  • An entry and exit is preferably carried out substantially perpendicular to the pole face.
  • pole faces which serve for the emergence or entry of a closed path of magnetic flux should extend in the direction of the dome partner.
  • these pole faces should limit the dome gap.
  • both one (or more) south poles and one (or more) north poles can be aligned with corresponding pole faces at least partially in the direction of the dome gap.
  • Pole surfaces that lie in a path of a magnetic flux should be oriented in a similar orientation, so that the path within a
  • a magnetic flux may be substantially horseshoe-like curved in a magnetic field source, wherein the front-side pole faces of the north and south poles are directed in the direction of the dome gap.
  • a plurality of self-contained paths of magnetic fluxes can also be arranged successively. Pole surfaces that guide the magnetic flux of a closed path should be spaced apart from each other and not immediately adjacent to each other. A spacing in the direction of a relative mobility of the coupling partners allows an extension of the paths of the magnetic flux in the direction of the relative mobility between the coupling partners.
  • the magnetic field source has a plurality of successive sectors, which have different magnetization directions.
  • a magnetization direction refers to magnetic sectors which are the source of a magnetic flux, with the interaction of the two magnetic sectors resulting in a resulting magnetic field with resulting magnetic flux of the magnetic field source.
  • the course of the magnetic flux inside the sectors is considered, ie within a solid sector.
  • the magnetic flux in the interior of the sector between a south pole and a north pole determines the magnetization direction of the respective sector.
  • the succession of sectors is defined with respect to the relative mobility of the coupling partners to each other. examples For example, a sequence or a direction of a sequence of several sectors of a magnetic field source is to be seen in the case of a translational relative movability of the coupling partners in the direction of the relative movement. In the case of a rotational movement of the coupling partners relative to one another, the sequence of the sectors can be seen in the direction of the resulting relative rotational mobility between the two coupling partners.
  • Sectors should preferably have different angular positions of their magnetization directions, which are smaller than 180 °. Such a tilting of the magnetization direction should take place in particular in the case of directly adjoining sectors from an angle of less than 180 °. Tilting should preferably take place in a common plane.
  • the common plane can be, for example, perpendicular to a rotation axis of the relative mobility of the coupling partners.
  • the sectors with deviating magnetization directions can be arranged such that they follow one another directly in the sequence. However, it can also be provided that between the sectors with different magnetization direction and one or more other sectors of the magnetic field source are positioned, which prevent a direct abutment of the sectors with deviating magnetization directions.
  • a sector is a section within the magnetic field source which itself is magnetic or concentrates a magnetic flux (eg, yoke sector).
  • a sector should be a permanent magnet which has a magnetization direction in its interior, the magnetization directions of the individual sectors being mutually determined in a certain direction. th alignment with each other to control an emanating from the magnetic field source resulting magnetic flux.
  • at least one magnetic flux-conducting sector which magnetically connects the first and the second sector is arranged between a first and a second sector with parallel and / or radially aligned magnetization directions.
  • the magnetization directions are provided with the same sense of direction.
  • the magnetization directions are indeed rectified, but have a different sense of direction.
  • an antiparallel alignment of magnetization directions is conceivable.
  • a radial orientation of the direction of magnetization a radial position of the magnetization directions is possible, wherein an opposite direction of flow of the magnetic flux can also occur.
  • the magnetic flux conducting sector can concentrate the magnetic flux.
  • a parallel course of the magnetic flux can be guided in the direction of the relative movability of the coupling partners within the coupling partners, in particular within the magnetic field source.
  • an increased slip between the dome partners are allowed.
  • a suppression of the magnetic field in the direction of the dome gap to the other dome partner can be caused and thereby an increase in the transferable coupling forces can be achieved.
  • the magnetic flux-conducting sector Facing away from the dome gap field lines are channeled in the magnetic field source and so a gain and asymmetrization of the resulting magnetic flux (in particular over and in the dome gap) are effected.
  • the magnetic flux-conducting sector can be, for example, a ferromagnetic material (yoke sector). However, it may also be that the magnetic flux conducting sector itself is magnetic (sector with magnetization direction) and drives the magnetic flux in addition to the first and the second sector.
  • a further advantageous embodiment can provide that between at least one third sector with a substantially transversely oriented magnetization direction is arranged between a first and a second sector with parallel and / or radially oriented magnetization directions.
  • a third sector is provided between the first and the second sector, with a substantially transversely oriented magnetization direction (with respect to the magnetization directions of the first and / or second sector), then the course of the magnetic flux outside the magnetic field source is influenced in such a way that portions of the magnetization direction the magnetic field source outgoing magnetic flux can be reduced in certain areas.
  • These areas should preferably be located where there is no force transmission between the dome partners, ie in the areas of the dome partners facing away from the dome gap. Other areas, however, experience an increase in the magnetic force or the magnetic flux.
  • These areas should preferably extend in the direction of the other dome partner or in the direction of the dome gap in order to further increase the transferable forces between the dome partners.
  • a transverse orientation of a magnetization serves to urge the course of the self-contained circulating magnetic flux in the direction of the dome gap.
  • the magnetic flux is preferably conducted within the coupling partner / Magnetfeidario (s) and passes through the dome gap.
  • a further advantageous embodiment may provide that the magnetization direction in the sequence of sectors by a rotation angle of less than 180 ° between adjacent sectors in particular rotates.
  • a sequence of sectors may be provided in a larger number of sectors, the sequence again being defined in the direction in which a relative movement between the two dome partners is possible.
  • a tilting of the respective direction of magnetization by an angle smaller than 180 ° may be provided between adjacent sectors, i. H. between sectors which adjoin one another.
  • a uniform rotation of the magnetization directions should take place between adjacent sectors of a sequence of sectors, so that, after a specific number of sectors, depending on the selected rotation angle, it is preferable to repeat the change of directions of magnetization of successive sectors. For example, it can be provided that a rotation of the
  • Magnetization directions about a rotation angle of about 90 °, so that sets a repetition of a sequence of a change of magnetization directions with a sequence of four consecutive sectors.
  • a magnetic field source several sequences can be arranged in a sequence.
  • an endless sequence of repetitive rotational sequences of the magnetization directions can be provided in circulation.
  • a further advantageous embodiment can provide that the coupling partners are arranged rotatable relative to each other.
  • a magnetic field source extends curved on a circuit, on at least one, in particular on both dome - partners.
  • both coupling partners each with a magnetic field source
  • these should have mutually facing pole surfaces in which magnetic field lines or the magnetic flux exits or enters, wherein a coupling gap is arranged at least in sections between pole faces of the magnetic field source or the magnetic field sources.
  • a further advantageous embodiment may provide that the sectors of the magnetic field source follow one another on an azimuthal path, in particular closed in relation to one another.
  • An azimuthal path in particular a self-contained circulating path has the advantage that a rotational movement in a simple form can be transmitted via the magnetic coupling.
  • the azimuthal path may, for example, be a circular path along which a magnetic field source extends.
  • the magnetic field source can thereby rotate closed on the track and in particular have a sequence of different sectors, sectors having different magnetization. may have directions.
  • a cyclic change of the magnetization directions of the sectors should be provided (with respect to the direction of the sequence of sectors), wherein in closed circulation in particular similar sequences of sectors with cyclically alternating directions of magnetization can follow one another.
  • the dome - partners are aligned coaxially with each other.
  • a coaxial alignment of the coupling partners makes it possible to transmit a rotational movement in a simple manner, with pole faces of the magnetic field sources covering each other over as large a surface as possible.
  • an overlap of the pole faces between the coupling partners should be provided independently of the relative position of the coupling partners.
  • a further advantageous embodiment can provide that the coupling partners at least partially embrace each other.
  • the available area at the magnetic field source for arranging pole faces can be increased.
  • the dome partners can be aligned coaxially with their axes of rotation.
  • one coupling partner can overlap the other coupling partner so that a radial overlap exists.
  • the pole faces of a magnetic field source (inside) can preferably lie on the shell side on a cylindrical, in particular hollow cylindrical coupling partner.
  • the corresponding counter-configured coupling partner can have a corresponding magnetic field source on a (outer) shell-side surface in a cylindrical structure.
  • the pole faces of the coupling partners should face each other and preferably limit the dome gap.
  • Pole surfaces can, for example, on the inside or outside of the shell on a cylinder or Hohlzy- be arranged linder.
  • the coupling partners should be rotationally symmetrical.
  • a use of inner and outer lateral surfaces of a dome partner and encompassing the same has the advantage that with a constant circumference by varying the extent in the direction of the axis of rotation of the dome partners, the usable for power transmission pole faces of Magnetfeidetti (s) can be increased.
  • at least one further part of the electrical switching device is surrounded by the electrically insulating fluid.
  • the switching arrangement has the fluid-tight encapsulation housing or at least one housing part for constructing the fluid-tight encapsulation housing.
  • the switching arrangement in this case is a GIS module.
  • the invention further relates to a gas-insulated circuit system (GIS) with a fluid-tight encapsulating housing and at least one switching arrangement mentioned above.
  • GIS gas-insulated circuit system
  • an embodiment of the invention is shown schematically in a drawing and described in more detail below. It shows the
  • Fig. 1 is a schematic view of a switching arrangement
  • FIG. 2 is an end view of the magnetic coupling in an off position
  • Fig. 3 is the front view of the magnetic coupling in a dead center, ie during a sudden turning over and the Fig. 4 shows a position of the magnetic coupling in a switch-on.
  • 1 shows a perspective view of a switching arrangement with magnetic coupling 1.
  • the magnetic coupling 1 has a first coupling partner 2 and a second coupling partner 3.
  • the first dome partner 2 acts as a driving dome partner 2
  • the second dome partner 3 acts as a drifting dome partner 3.
  • the two coupling partners 2, 3 are rotatably mounted and aligned coaxially with each other.
  • the first coupling partner 2 is connected to a driving shaft 4.
  • the second coupling partner 3 is connected to a driven shaft 5.
  • On the driving shaft 4 a drive crank 6 is arranged.
  • FIG. 1 symbolizes a drive machine M embodied as a motor, which can act as a linear drive, for example, and transmits a linear movement to the drive crank 6, the drive crank 6, due to its angularly rigid connection to the driving shaft 4, the linear movement in a rotational movement of the driving shaft 4 converts.
  • a drive train A in which the magnetic coupling 1 is arranged.
  • the first coupling partner 2 is formed substantially hollow cylindrical, wherein in the hollow cylinder wall, a first magnetic field source is arranged.
  • the first magnetic field source has pole faces, which are arranged on the inner shell side on the hollow cylinder wall and each form a section of a lateral surface of a circular cylinder.
  • the second coupling partner 3 is cylindrical and has a second magnetic field source 8.
  • This second magnetic field source 8 has pole surfaces, which are arranged on the outer jacket side on a circular cylinder.
  • the two coupling partners 2, 3 are shown spaced from each other.
  • the first dome partner 2 surrounds the second dome partner 3 outside jacket side. That is, the coaxially aligned dome partners 2, 3 overlap each other in the radial direction.
  • an annular dome gap 9 is arranged between the pole faces of the first and second dome partners 2, 3.
  • Pole areas are the areas at the magnetic field sources 7, 8, at which a magnetic flux from the respective magnetic field source 7, 8 enters and exits.
  • An entry and exit is preferably carried out substantially perpendicular to the pole face.
  • the second coupling partner 3 is assigned the aborting shaft 5, wherein on the aborting shaft 5, a crank arm 10 is arranged.
  • the crank arm 10 serves a tapping a rotational movement of the driven shaft 5.
  • a compound of the crank arm 10 is shown schematically with a movable contact piece 11 of an electrical switching device 12.
  • the rotational movement of the aborting shaft 5 is limited by a first stop 13 and a second stop 14.
  • the first stop 13 and the second stop 14 lie in a pivot plane of the
  • the two stops 13, 14 are formed substantially the same, wherein these are positioned stationary and in turn are elastically deformable.
  • the position of the stops 13, 14 is chosen such that when a concern of the crank arm 10 on the first stop 13, the electrical switching device 12 is located in its open position , ie, the movable contact piece 11 is separated from a mating contact piece. There is an electrically insulating route to the electrical switching device 12.
  • the drive train A is formed by the following components: the drive machine M, the drive crank 6, the driving shaft 4, the coupling partners 2, 3 of the magnetic coupling 1, the driven shaft 5 and the crank arm 10 together with a connecting piece to the contact piece 11
  • the illustrated embodiment of the switching arrangement are the contact piece 11 and other parts of the switching device 12, in particular mating contacts to the contact piece, and a magnetic coupling 1 comprehensive part of the drive train A surrounded by the electrically insulating fluid F.
  • the drive machine M could also be surrounded by the electrically insulating fluid F in another embodiment.
  • This electrically insulating fluid F is itself surrounded by a fluid-tight encapsulation housing G and thereby encapsulated by the environment.
  • the fluid-tight encapsulation housing G is formed for example by a plurality of housing parts.
  • the fluid F is preferably an electrically insulating gas.
  • the switching arrangement is in particular a component or a module for constructing a gas-insulated circuit installation (GIS: gas
  • Insulated Switchgear Insulated Switchgear
  • FIG. 2 shows an end view of the magnetic coupling 1, with only parts of the arrangement shown in FIG. 1 being shown for reasons of clarity.
  • FIG. 2 symbolically shows the division of the first magnetic field source 7 into a plurality of sectors 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a 1 , 15b 1 , 15c 1 , 15d ⁇ 15e ⁇ 15f.
  • the pole faces of the first magnetic field source 7 are sectors 15a, 15d; 15a 1 , 15d 'of the first magnetic field source 7 inside sheath - arranged.
  • the second magnetic field source 8 of the second dome partner 3 may be formed.
  • the magnetization direction of the individual sectors 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a ', 15b', 15c ', 15d', 15e ', 15f is selected such that in a sequence of sectors 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a 1 , 15b ', 15c 15d', 15e ', 15f in the direction of the relative mobility of the coupling partners 2, 3 a cyclic tilting of the magnetization directions of the sectors 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a ', 15b', 15C, 15d ', 15e', 15f.
  • magnetization directions exist inside the sectors 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a ', 15b', 15C, 15d ', 15e', 15f (indicated by the arrows), which are aligned radially on one hand and are magnetized in the same direction or in opposite directions.
  • a magnetic flux within the first dome partner 2 in particular within the first magnetic field source 7, has a substantially U-shaped profile.
  • Running in the circumferential direction is a rotation of the magnetization direction in the individual sectors 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a ', 15b', 15c ', 15d', 15e ', 15f, wherein a tilting by a rotation angle of approximately 90 ° is provided from sector to sector.
  • All sectors 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a ', 15b', 15c ', 15d', 15e ', 15f are designed as permanent magnets, so that each of the sectors 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a ', 15b', 15c ', 15d', 15e ', 15f contributes a proportion for generating a resultant magnetic flux of the first magnetic field source 7.
  • the flow pattern of the resulting magnetic field is marked in dotted lines. It can be seen that the respective magnetic flux, which results as a result, is forced in the direction of the dome gap 9 and penetrates the dome gap 9.
  • a segmentation of the second magnetic field source 8 takes place in an analogous manner, the individual sectors being oriented in such a way that the magnetization directions bring about a displacement of the magnetic flux in the direction of the dome gap 9. That is, the first coupling partner 2 with the first magnetic field source 7 arranged there has a positive magnetization, the second coupling partner 3 having the second magnetic field source 8 arranged there being a negative magnetization
  • Switching device 12 in electrically conductive connection.
  • the electrical switching device 12 is in an on state.
  • a return movement can be effected by a reversal of the movement applied to the drive crank 6 (see FIG. 4), whereby, conversely, first pressing the crank arm 10 against the second stop 14 due to the existing coupling forces between the first and second coupling partners 2, 3 is effected and turn on reaching / exceeding a dead center (the position of the drive crank 6 shown in Figure 2), a folding or jumping of the crank arm 10 takes place against the first stop 13.
  • the magnetic coupling 1 is used, on the one hand to transmit motion within a kinematic chain and additionally to convert a initiated in the magnetic coupling 1 movement and to deliver a movement with an altered motion profile. Accordingly, there is the possibility of converting a movement initiated continuously onto the first coupling partner 2 into a deviating jumped movement with the direction of direction reversed at the second coupling partner 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für eine gasisolierte Schaltungsanlage, mit einer elektrischen Schalteinrichtung (12) und einem Antriebsstrang (A), über den ein Kontaktstück (11) der Schalteinrichtung (12) von einer Antriebseinrichtung (M) bewegbar ist, wobei zumindest das Kontaktstück (11) von einem elektrisch isolierenden Fluid (F) umgeben ist, das seinerseits von einem fluiddichten Kapselungsgehäuse (G) umschlossen ist. Es ist vorgesehen, dass in dem Antriebsstrang (A) zwischen der Antriebseinrichtung (M) und dem Kontaktstück (11) eine Magnetkupplung (1) angeordnet ist, deren abtriebsseitige Bewegung zumindest einseitig begrenzt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine gasisolierte Schaltungsanlage mit einem fluiddichten Kapselungsgehäuse (G), die mindestens eine derartige Schaltanordnung aufweist.

Description

Beschreibung
Schaltanordnung für eine gasisolierte Schaltungsanlage und entsprechende Schaltungsanlage
Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für eine gasisolierte Schaltungsanlage, mit einer elektrischen Schalteinrichtung und einem Antriebsstrang, über den ein Kontaktstück der Schalteinrichtung von einer Antriebseinrichtung bewegbar ist, wobei zumindest das Kontaktstück von einem elektrisch isolierenden Fluid umgeben ist, das seinerseits von einem fluiddichten Kapselungsgehäuse umschlossen ist.
Eine derartige Schaltanordnung ist aus der DE 10 2007 003 132 AI bekannt. Diese zeigt eine Schaltanordnung mit einer elektrischen Schalteinrichtung und einem Antriebsstrang, über den ein Kontaktstück der Schalteinrichtung von einer Antriebseinrichtung bewegbar ist, wobei zumindest das Kontaktstück von einem elektrisch isolierenden Fluid umgeben ist, das seiner- seits von einem fluiddichten Kapselungsgehäuse umschlossen ist. Der Antriebsstrang weist neben der Antriebseinrichtung eine Antriebswelle und eine Pleuelstange auf.
Derartige Schaltanordnungen sind insbesondere als Komponenten beziehungsweise Module gasisolierter Schaltungsanlage (GIS) bekannt und werden dort zum Trennen und Erden von Strombahnen verbaut .
In einigen Fällen kann es vorkommen, dass diese Schaltanord- nungen (oder Schaltmodule) bestimmte Mindestschaltgeschwin- digkeiten erreichen müssen, um einen erhöhten Abbrand an den Kontaktstücken, durch Ströme oder Restladungen, zu vermeiden. Diese Schaltgeschwindigkeiten können in Schaltungsanlagen oft nur schwer oder gar nicht von herkömmlichen Elektroantrieben als Antriebseinrichtungen realisiert werden. Um derart hohe
Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen wurden Sprungmechanismen entwickelt, die eine langsame Spannbewegung in statisch gespeicherte Energie umsetzen und anschließend schlagartig in einer schnellen Schaltbewegung freisetzen können. Diese
Sprungmechanismen wurden bisher mittels Spiral- oder Tellerfederpaketen realisiert, die jedoch einen gewissen Bauraum benötigen .
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Schaltanordnung und eine entsprechende Schaltungsanlage anzugeben, bei denen hohe Schaltgeschwindigkeiten auch bei geringem zur Verfügung stehendem Platzangebot realisiert werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist vorgesehen, dass in dem Antriebsstrang zwischen der Antriebseinrichtung und dem Kontaktstück eine Magnetkupplung angeordnet ist, deren abtriebsseitige Bewegung zumindest einseitig begrenzt ist .
Eine Magnetkupplung ist eine Kupplung, welche unter Nutzung von Magnetkräften eine Bewegung von einer Antriebsseite zu einer Abtriebsseite überträgt. Antriebsseitig wird eine Bewegung eingeleitet und abtriebsseitig kann eine Bewegung abge- griffen werden. Eine Magnetkupplung als solche dient oftmals einer annähernd schlupffreien Übertragung einer Bewegung Dabei erfolgt eine synchrone Übertragung einer Bewegung an der Magnetkupplung. Durch die Begrenzung des Bewegungsbereichs der abtriebsseitigen Bewegung erfolgt hier jedoch eine Verän- derung/Umwandlung der Charakteristik von antriebs- und abtriebsseitiger Bewegung. Die Magnetkupplung wird nun genutzt, um eine sprungartige Bewegung zu erzeugen, wobei eine antreibende Bewegung beispielsweise gleichmäßig kontinuierlich erfolgt.
Die sich ergebende neue magnetisch betriebene Sprungeinheit kann die für eine solch schnelle Schaltbewegung benötigten Schaltenergien in relativ kleinen Abmessungen realisieren. Die Sprungeinheit wird zwischen der Antriebseinrichtung und dem Schaltkontakt platziert.
Da die Magnetkupplung als sehr kleines Bauteil realisiert werden kann, kann sie ebenfalls in dem von dem fluiddichten Kapselungsgehäuse gebildeten Fluidraum mit dem elektrisch isolierenden Fluid angeordnet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher auch der Antriebsstrang oder zumindest ein die Magnetkupplung umfassender Teil des Antriebsstrangs von dem elektrisch isolierenden Fluid umgeben .
Selbstverständlich kann die Schaltanordnung nicht nur eine, sondern auch mehrere elektrische Schalteinrichtungen umfas- sen. Weist die Schaltanordnung mehrere elektrische Schalteinrichtungen auf, so ist bevorzugt für jede dieser Schaltanordnungen ein separater Antriebsstrang mit eigener Magnetkupplung vorgesehen. Umfasst die Schaltanordnung beispielsweise ein dreiphasiges System mit einer entsprechenden Anzahl von Strombahnen und darin verschalteten Schalteinrichtungen, so ist bei dieser Ausgestaltung also bevorzugt die Verwendung von jeweils einer Magnetkupplung pro Strombahn anstelle von einer Kupplung für alle drei Phasen vorgesehen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltanordnung mindestens einen mechanischen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung aufweist. Bevorzugt weist die Magnetkupplung selbst diesen mindestens einen Anschlag auf .
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetkupplung einen ersten Kuppelpartner und einen zweiten Kuppelpartner aufweist, welche über ein einen Kuppelspalt zwischen den Kuppelpartnern durchsetzendes magnetisches Feld kuppelbar sind, wozu an zumindest einem Kuppelpartner eine Magnetfeldquelle angeordnet ist. Die Kuppelpartner sind Baugruppen einer Magnetkupplung, zwischen welchen Magnetkräfte wirken. Zwischen den Kuppel- partnern ist ein Kuppelspalt angeordnet, über welchen Hinweg unter Nutzung von magnetischen Kräften eine Bewegung übertragbar ist. Dazu erstreckt sich ein magnetischer Fluss innerhalb bzw. durch den Kuppelspalt hindurch. Der magnetische Fluss verläuft auf geschlossenen Bahnen, welche zumindest teilweise in einem, insbesondere in beiden Kuppelpartnern geführt sind.
Bevorzugt kann der magnetische Fluss in zumindest einem der Kuppelpartner gebündelt werden, sodass einem Auftreten von Streuflüssen in vom Kuppelspalt abgewandten Bereichen entgegengewirkt ist. Einer der Kuppelpartner ist üblicherweise einer Antriebsseite und der andere Kuppelpartner üblicherweise einer Abtriebsseite der Magnetkupplung zugeordnet, wobei eine Kraftübertragung über ein die Kuppelpartner zumindest abschnittsweise durchsetzendes Magnetfeld (magnetischer Fluss) erfolgt. Eine Magnetkupplung kann verschiedenartig ausgeführt sein. So kann eine Magnetkupplung beispielsweise einer Übertragung von translatorischen oder auch rotierenden Bewegungs- formen usw. dienen. Um ein Magnetfeld zwischen den Kuppelpartnern auszubilden, sollte zumindest einer der Kuppelpartner, bevorzugt beide Kuppelpartner, mit einer Magnetfeldquelle ausgestattet sein. Eine Magnetfeldquelle ist beispielsweise ein Abschnitt eines Kuppelpartners, von welchem ein Mag- netfeld ausgeht und ein magnetischer Fluss getrieben wird. Eine derartige Magnetfeldquelle kann beispielsweise einen Permanentmagnet oder auch mehrere Permanentmagnete aufweisen. Bei der Nutzung von Magnetfeldquellen an beiden Kuppelpartnern können die Magnetfeldquellen derart ausgerichtet sein, dass die jeweils von der jeweiligen Magnetfeldquelle ausgehenden magnetischen Felder/magnetischen Flüsse einander überlagern und ein resultierendes Magnetfeld/resultierenden magnetischen Fluss hervorrufen, welches/welcher zumindest abschnittsweise von beiden Magnetfeldquellen gespeist ist. Eine Überlagerung sollte derart erfolgen, dass eine Verstärkung des resultierenden magnetischen Flusses erfolgt. Ein verstärkender Überlagerungsbereich sollte bevorzugt durch den Kuppelspalt geführt sein. Ein magnetischer Fluss verläuft auf in sich geschlossenen Bahnen. Ein magnetischer Fluss wird von einer Magnetfeldquelle getrieben. Die Bahnen des magnetischen Flusses sollten durch ein Drängen in Richtung des Kuppelspaltes möglichst innerhalb des Kuppelpartners/der Kuppelpartner, insbesondere der Magnetfeidquelle (n) konzentriert geleitet werden. Außerhalb der Magnetfeldquellen sollte der magnetische Fluss bevorzugt den Kuppelspalt passieren. Ein Schließen der Bahnen des magnetischen Flusses, welche den Kuppelspalt passieren, sollte bevorzugt innerhalb der Kuppelpartner, ins- besondere innerhalb einer Magnetfeldquelle erfolgen. Damit wird das Auftreten von Streuflüssen, die keinen Beitrag zur Kraftübertragung leisten, außerhalb der Kuppelpartner reduziert . Um nun die sprungartige Bewegung zu erzeugen kann beispielsweise der abtriebsseitige Kuppelpartner bei einer relativen Drehbewegbarkeit der Kuppelpartner zueinander in einem Drehwinkel mit einem Betrag, welcher durch 5 oder 10 teilbar ist (z. B. 180°, 90°, 60°, 45°, 40°, 35° etc.), bevorzugt wenige Grade unter den ganzzahligen Teilern, in seiner Bewegbarkeit eingeschränkt werden. Insbesondere kann der Drehwinkel um wenige Grade gegenüber vorstehendem Beispiel verringert festgelegt werden. Eine Bewegungseinschränkung kann beispielsweise mittels der erwähnten Anschläge erfolgen.
Eine Bewegung des antreibenden Kuppelpartners kann auch bei Anliegen des abtriebsseitigen Kuppelpartners an einen Anschlag weiter fortschreiten. So wird durch eine treibende Bewegung mit Erreichen des Anschlages des abtriebsseitigen Kup- pelpartners ein Auskuppeln der Magnetkupplung erzwungen, wobei bis zu einem Erreichen eines Totpunktes eine Lagefixierung des abtriebsseitigen Kuppelpartners unter Nutzung der Magnetkräfte zum Anpressen desselben an einen Anschlag erfolgt. Mit Überschreiten des Totpunktes bzw. Erreichen des Totpunktes ziehen sich die Kuppelpartner der Magnetkupplung in eine neue Kupplungspaarung hinein (maximal zulässiger Schlupf zwischen den Kuppelpartnern erreicht) , wobei es zu einer (Dreh) Richtungsumkehr der Relativbewegung zwischen den Kuppelpartnern kommt. Dieses Umspringen und erneute Einkuppeln der Kuppelpartner erfolgt schlagartig. Dieses schlagartige Umspringen wiederum kann mittels eines zweiten Anschlages begrenzt werden, sodass einerseits am antreibenden Kup- pelpartner eine kontinuierliche Bewegung auftreten kann, welche am abtreibenden Kuppelpartner in eine diskontinuierliche sprungartige Bewegung gewandelt wird, wobei dazu ein gezieltes Blockieren der freien Bewegbarkeit des abtreibenden Kuppelpartners vorgesehen ist. Zum Begrenzen der Bewegbarkeit des abtriebsseitigen Kuppelpartners können beispielsweise Anschläge eingesetzt werden. Vorteilhafterweise sollten die Anschläge dämpfend wirken, sodass einer mechanisch nachteiligen Beeinflussung der Magnetkupplung entgegengewirkt ist. Ein so gedämpftes Anschlagen wirkt weiterhin einem Entmagnetisieren gegebenenfalls an den Kuppelpartnern vorhandener Permanentmagnete einer Magnetfeldquelle entgegen. So kann eine Magnetfeldquelle auch nach häufigen Operationen der Anordnung ihre vorteilhafte Polarisierung beibehalten. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Magnetfeldquelle derartig steuerbar, dass deren magnetischer Fluss in Richtung des Kuppelspalts gedrängt ist. Durch eine Steuerung des magnetischen Flusses in Richtung des jeweils anderen Kuppelpartners bzw. in Richtung des Kuppel - spaltes ist die Möglichkeit gegeben, die durch das Magnetfeld der Magnetfeldquelle erzeugbare Kraftwirkung zu verstärken. Somit ist die Möglichkeit gegeben, bei kompakten Abmessungen der Kuppelpartner die zwischen diesen die übertragbaren Kräfte zu erhöhen. Ein Steuern des magnetischen Flusses kann bei- spielsweise mittels magnetisch schirmender Elemente vorgesehen sein, sodass eine widerstandsarme Leitung des magnetischen Flusses erfolgt und bestimmte Bereiche (insbesondere vom Kuppelpartner abgewandte Bereiche) von einem magnetischen Fluss zumindest teilweise freigehalten sind und bei einem vergleichsweise geringen magnetischen Widerstand innerhalb des Schirmelementes eine Konzentrierung des magnetischen Flusses erfolgt. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass vom jeweils anderen Kuppelpartner abgewandten Bereiche der Magnetfeldquelle möglichst frei von einem magnetischen Fluss gehalten werden, wohingegen der magnetische Fluss in dem dem anderen Kuppelpart- ner zugewandten Bereich verstärkt wird. Ein Verlauf des magnetischen Flusses durch den Kuppelspalt zwischen den Kuppel - partnern kann derart erfolgen, dass ein Eintreten bzw. ein Austreten des magnetischen Flusses möglichst lotrecht aus/in eine den Kuppelspalt begrenzende Oberfläche eines Kuppelpart- ners erfolgt. Dies sollte insbesondere im eingekuppelten Fall vorliegen. Bei einem Auftreten eines Schlupfes (ein Entkuppeln wird eingeleitet) kann es zu Verzerrungen des Verlaufes des magnetischen Flusses im Kuppelspalt kommen. Ein bevorzugtes lotrechtes Ein-/Austreten des magnetischen Flusses ermög- licht, den magnetischen Fluss auf kurzem Wege den Kuppelspalt passieren zu lassen und durch die lotrechte Ausrichtung eine wirksame Kraftübertragung zu bewirken. Bevorzugt sollte der magnetische Fluss aus Polflächen einer Magnetfeldquelle ein- bzw. austreten. Dabei sollte eine in sich geschlossene Bahn eines magnetischen Flusses in/aus Polflächen ein- bzw. austreten, welche voneinander beabstandet sind. So kann zusätzlich oder alternativ das Magnetfeld bzw. der magnetische Fluss in Richtung einer Relativbewegung zwischen den Kuppel - partnern verlängert werden. Bevorzugt sollte die räumliche Erstreckung einer in sich geschlossenen Bahn in Richtung der Relativbewegung der Kuppelpartner größer sein als quer zur Richtung der Relativbewegung der Kuppelpartner. Der magnetische Fluss verläuft innerhalb des Kuppelspaltes im Wesentlichen quer zur Richtung der Relativbewegung der Kuppelpartner. Ein derartig querender Verlauf einer geschlossenen Bahn kann jeweils endseitig durch ein wesentliches lotrechtes Einleiten/Ausleiten des magnetischen Flusses in/aus Polflächen der Magnetfeidquelle (n) begrenzt sein. Im Bereich zwischen den den Kuppelspalt querenden Abschnitten einer Bahn eines magne- tischen Flusses kann der magnetische Fluss parallel zu einer Relativbewegung der Kuppelpartner bevorzugt innerhalb der Kuppelpartner, insbesondere innerhalb einer Magnetfeldquelle geleitet sein. So kann zum einen eine vergrößerte Kraft über- tragen werden. Zum anderen kann die Anzahl der möglichen Kuppelpositionen zwischen den Kuppelpartnern durch Variation der Anzahl der Polflächen vergrößert bzw. verringert werden. Ein Verlängern der Magnetfeldlinien des Magnetkreises in Richtung der Relativbewegbarkeit zwischen den Kuppelpartnern lässt einen vergrößerten Schlupf zwischen den Kuppelpartnern zu. Unter einem Schlupf ist im Sinne dieser Anmeldung unabhängig von der Form der relativen Bewegbarkeit zwischen den Kuppel - partnern ein beginnendes Auslenken der Kuppelpartner aus ei- ner gekuppelten, stabilen Relativlage zu verstehen. In diesem Zustand bewirken die magnetischen Kräfte weiterhin eine Rückstellkraft zwischen den Kuppelpartnern. Die Art der relativen Bewegbarkeit kann translatorisch, rotatorisch oder anderweitig vorgesehen sein. So ist beispielsweise bei einer
translatorischen Relativbewegung zwischen Kuppelpartnern bei einem Blockieren eines der Kuppelpartner ein selbständiges Zurückführen der Kuppelpartner in die Ausgangslage (ursprüngliche stabile Kuppelposition) bei einer Verlängerung des magnetischen Flusses in Translationsrichtung über einen vergrö- ßerten Streckenabschnitt einer Relativbewegung ermöglicht. In analoger Weise ist bei einer drehbeweglichen Relativbewegbarkeit zwischen den Kuppelpartnern eine Flussverlängerung in azimutaler Richtung von Vorteil, sodass auch in diesem Fall bei einem Verdrehen der Kuppelpartner aus ihrer ursprüngli- chen Kuppelposition über einen größeren Winkelbereich ein selbsttätiges Rückläufen der Kuppelpartner in die ursprüngliche, d. h. stabile Kuppelposition erfolgt. Hier entspricht ein paralleler Verlauf des Flusses zum Kuppelspalt bevorzugt innerhalb der Kuppelpartner/insbesondere innerhalb einer Mag- netfeidquelle einem konzentrischen Verlauf bezüglich der relativen Drehbewegbarkeit der Kuppelpartner. In diesem Falle kann die Bahn eines Magnetflusses die Form eines Ringsektors aufweisen . Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass eine
Steuerung durch eine Polarisierung der Magnetfeldquelle erfolgt. Eine Beeinflussung bzw. Verdrängung eines magnetischen Flusses kann durch eine geeignete Polarisierung der Magnet- feldquelle hervorgerufen werden. So ist es beispielsweise möglich, die Magnetfeldquelle sich räumlich erstrecken zu lassen, wobei an mehreren Positionen verschiedene Nord- und Südpole mit Polflächen innerhalb der Magnetfeldquelle positi- oniert sind. Durch Überlagerung von mehreren magnetischen Flüsse und eine sich einstellende Polarisierung in der Magnetfeldquelle entsteht außerhalb der Magnetfeldquelle ein magnetisches Feld, welches gegebenenfalls Maxima und Minima aufweist, wobei Maxima sich bevorzugt in Richtung des anderen Kuppelpartners (in Richtung des Kuppelspaltes) erstrecken sollten. Vorteilhafterweise kann die Magnetfeldquelle in mehrere Sektoren unterteilt sein, wobei jeder der Sektoren für sich wiederum verschiedenartig polarisiert sein kann. Im Zusammenwirken der einzelnen Sektoren ergibt sich eine einstel- lende überlagerte Polarisation der Magnetfeldquelle. Polflächen der Magnetfeldquelle, aus welchen ein magnetischer Fluss aus- bzw. eintritt, sollten in Richtung des Kuppelspaltes ausgerichtet sein. Polflächen sind Bereiche an einer Magnetfeldquelle, an welchen ein magnetischer Fluss aus der Magnet- feldquelle ein- bzw. austritt. Ein Ein- und Austritt erfolgt bevorzugt im Wesentlichen lotrecht zur Polfläche. Insbesondere sollten Polflächen, welche einem Aus- bzw. Eintreten einer geschlossenen Bahn eines magnetischen Flusses dienen, sich in Richtung des Kuppelpartners erstrecken. Bevorzugt sollten diese Polflächen den Kuppelspalt begrenzen. So können sowohl ein (oder mehrere) Südpole und ein (oder mehrere) Nordpole mit entsprechenden Polflächen zumindest teilweise in Richtung des Kuppelspaltes ausgerichtet sein. Polflächen, die in einer Bahn eines magnetischen Flusses liegen, sollten gleichartig orientiert angeordnet sein, sodass die Bahn innerhalb eines
Kuppelpartners, insbesondere innerhalb einer Magnetfeldquelle einen im Wesentlichen U-förmigen Verlauf aufweist. Bevorzugt sollten die Polflächen im Wesentlichen parallel/tangential zur relativen Bewegbarkeit der Kuppelpartner ausgerichtet sein. An einer Magnetfeldquelle können so ein oder mehrere Sektoren gebildet sein, welche den resultierenden magnetischen Fluss in Richtung des Kuppelspaltes drängen und die vom Kuppelspalt abgewandte Seite der Magnetfeldquelle von einem magnetischen Fluss freihalten bzw. den magnetischen Fluss dort reduzieren. Ein magnetischer Fluss kann in einer Magnetfeldquelle beispielsweise im Wesentlichen hufeisenartig gekrümmt verlaufen, wobei die stirnseitigen Polflächen von Nord- und Südpol in Richtung des Kuppelspaltes gerichtet sind. In Richtung der Relativbewegung zwischen den Kuppel - partnern können auch mehrere in sich geschlossene Bahnen von magnetischen Flüssen aufeinanderfolgend angeordnet sein. Pol- flächen, welche den magnetischen Fluss einer geschlossenen Bahn führen, sollten beabstandet zueinander angeordnet sein und nicht unmittelbar zueinander benachbart liegen. Eine Beabstandung in Richtung einer Relativbewegbarkeit der Kuppelpartner ermöglicht eine Verlängerung der Bahnen des magnetischen Flusses in Richtung der Relativbewegbarkeit zwischen den Kuppelpartnern.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Magnetfeldquelle mehrere aufeinander abfolgende Sektoren aufweist, die voneinander abweichende Magnetisierungsrichtungen aufweisen.
Bei einer Unterteilung der Magnetfeldquelle in mehrere Sektoren besteht die Möglichkeit, zumindest einen ersten sowie einen zweiten Sektor mit voneinander abweichenden Magnetisierungsrichtungen anzuordnen. Eine Magnetisierungsrichtung be- zieht sich dabei auf magnetische Sektoren, die Quelle eines magnetischen Flusses sind, wobei im Zusammenwirken der beiden magnetischen Sektoren sich ein resultierendes Magnetfeld mit resultierendem magnetischem Fluss der Magnetfeldquelle einstellt .
Bezüglich der Magnetisierungsrichtung wird im Sinne dieses Dokumentes der Verlauf des magnetischen Flusses im Inneren der Sektoren angesehen, d. h. innerhalb eines feststofflichen Sektors. Der zwischen einem Südpol und einem Nordpol verlau- fende magnetische Fluss im Inneren des Sektors legt die Magnetisierungsrichtung des jeweiligen Sektors fest. Die Aufeinanderfolge von Sektoren ist dabei bezüglich der relativen Bewegbarkeit der Kuppelpartner zueinander definiert. Bei- spielsweise ist eine Abfolge bzw. eine Richtung einer Abfolge von mehreren Sektoren einer Magnetfeldquelle bei einer translatorischen Relativbewegbarkeit der Kuppelpartner zueinander in Richtung der Relativbewegbarkeit zu sehen. Bei ei- ner Drehbewegung der Kuppelpartner zueinander ist die Abfolge der Sektoren in Richtung der sich ergebenden relativen Dreh- bewegbarkeit zwischen den beiden Kuppelpartnern zu sehen.
Bevorzugt sollten Sektoren abweichende Winkellagen ihrer Mag- netisierungsrichtungen aufweisen, die kleiner als 180° sind. Ein derartiges Verkippen der Magnetisierungsrichtung sollte insbesondere bei unmittelbar aneinandergrenzenden Sektoren von einem Winkel kleiner 180° erfolgen. Ein Verkippen sollte bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene erfolgen. Die gemeinsame Ebene kann beispielsweise lotrecht zu einer Drehachse der Relativbewegbarkeit der Kuppelpartner liegen. Die Sektoren mit voneinander abweichenden Magnetisierungsrichtungen können dabei derart angeordnet sein, dass sie in der Abfolge unmittelbar aufeinander folgen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen den Sektoren mit unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung auch ein oder mehrere weitere Sektoren der Magnetfeldquelle positioniert sind, welche ein unmittelbares Aneinanderstoßen der Sektoren mit abweichenden Magnetisierungsrichtungen verhindern. Durch ein Abweichen der Magnetisie- rungsrichtungen im Verlauf der Relativbewegung ist die Möglichkeit gegeben, Polflächen der Magnetfeldquelle, an welchen ein magnetischer Fluss aus- bzw. eintritt in Richtung der Relativbewegung voneinander zu entfernen. So können Bahnen eines magnetischen Flusses in Richtung der Relativbewegung ver- längert werden. So kann ein vergrößerter Schlupf zwischen dem Kuppelpartnern zugelassen werden.
Ein Sektor ist ein Abschnitt innerhalb der Magnetfeldquelle, welcher selbst magnetisch ist oder einen magnetischen Fluss (z. B. Jochsektor) konzentriert. Bevorzugt sollte ein Sektor ein Permanentmagnet sein, welcher in seinem Inneren eine Magnetisierungsrichtung aufweist, wobei die Magnetisierungsrichtungen der einzelnen Sektoren untereinander in einer bestimm- ten Ausrichtung zueinander stehen, um ein von der Magnetfeldquelle ausgehenden resultierenden magnetischen Fluss zu steuern . Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass zwischen einem ersten und einem zweiten Sektor mit parallel oder/und radial ausgerichteten Magnetisierungsrichtungen zumindest ein den ersten und den zweiten Sektor magnetisch verbindender magnetflussleitender Sektor angeordnet ist.
Bei der Verwendung eines ersten sowie eines zweiten Sektors mit parallel bzw. radial ausgerichteten Magnetisierungsrichtungen kann der Fall auftreten, dass die Magnetisierungsrichtungen mit dem gleichen Richtungssinn versehen sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Magnetisierungsrichtungen zwar gleichgerichtet sind, jedoch einen abweichenden Richtungssinn aufweisen. So ist beispielsweise eine antiparallele Ausrichtung von Magnetisierungsrichtungen vorstellbar. Bei einer radialen Ausrichtung der Magnetisierungsrich- tung ist eine radiale Lage der Magnetisierungsrichtungen möglich, wobei auch eine gegensinnige Flussrichtung des Magnetflusses auftreten kann. Durch eine Anordnung eines magnetflussleitenden Sektors zwischen dem ersten und dem zweiten Sektor ist die Möglichkeit geschaffen, die Polarisierung der Magnetfeldquelle derart zu beeinflussen, dass der magnetische Fluss in Richtung der Relativbewegung zwischen dem ersten Kuppelpartner und dem zweiten Kuppelpartner verlängert wird. Der magnetflussleitende Sektor kann den magnetischen Fluss bündeln bzw. konzentrieren. So kann beispielsweise ein paral- leler Verlauf des magnetischen Flusses in Richtung der Rela- tivbewegbarkeit der Kuppelpartner innerhalb der Kuppelpartner, insbesondere innerhalb der Magnetfeldquelle geführt werden. Dadurch kann ein vergrößerter Schlupf zwischen den Kuppelpartnern zugelassen werden. Somit kann einerseits eine Drängung des Magnetfeldes in Richtung des Kuppelspaltes zu dem anderen Kuppelpartner hervorgerufen werden und dadurch eine Vergrößerung der übertragbaren Kuppelkräfte erzielt werden. Andererseits können über den magnetflussleitenden Sektor von dem Kuppelspalt abgewandte Feldlinienverläufe in der Magnetfeldquelle kanalisiert werden und so eine Verstärkung und Asymmetrisierung des resultierenden magnetischen Flusses (insbesondere über und in dem Kuppelspalt) bewirkt werden. Der magnetflussleitende Sektor kann beispielsweise ein ferro- magnetisches Material (Jochsektor) sein. Es kann jedoch auch sein, dass der magnetflussleitende Sektor selbst magnetisch ist (Sektor mit Magnetisierungsrichtung) und den magnetischen Fluss zusätzlich neben dem ersten und dem zweiten Sektor treibt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass zwischen einem ersten und einem zweiten Sektor mit parallel oder/und radial ausgerichteten Magnetisierungsrichtungen zu- mindest ein dritter Sektor mit im Wesentlichen quer orientierter Magnetisierungsrichtung angeordnet ist.
Sieht man zwischen dem ersten und dem zweiten Sektor einen dritten Sektor vor, mit im Wesentlichen quer orientierter Magnetisierungsrichtung (bezüglich der Magnetisierungsrichtungen von erstem und/oder zweitem Sektor) , so wird der Verlauf des magnetischen Flusses außerhalb der Magnetfeldquelle derart beeinflusst, dass Anteile des von der Magnetfeldquelle ausgehenden magnetischen Flusses in bestimmten Bereichen re- duziert werden. Diese Bereiche sollten bevorzugt dort liegen, wo keine Kraftübertragung zwischen den Kuppelpartnern stattfindet, also in den vom Kuppelspalt abgewandten Bereichen der Kuppelpartner. Andere Bereiche hingegen erfahren eine Verstärkung der Magnetkraft bzw. des magnetischen Flusses. Diese Bereiche sollten sich bevorzugt in Richtung des anderen Kuppelpartners bzw. in Richtung des Kuppelspaltes erstrecken, um die übertragbaren Kräfte zwischen den Kuppelpartnern weiter zu erhöhen. Eine Querorientierung einer Magnetisierung dient einem Drängen des Verlaufes des in sich geschlossen umlaufen- den magnetischen Flusses in Richtung des Kuppelspaltes. Der magnetische Fluss wird bevorzugt innerhalb der Kuppelpartner/der Magnetfeidquelle (n) geführt und passiert den Kuppelspalt . Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Magnetisierungsrichtung in der Abfolge der Sektoren um einen Drehwinkel kleiner 180° zwischen benachbarten Sektoren insbesondere rotierend wechselt.
Eine Abfolge von Sektoren kann in einer größeren Anzahl von Sektoren vorgesehen sein, wobei die Abfolge wiederum in der Richtung definiert ist, in welcher eine Relativbewegung zwi- sehen den beiden Kuppelpartnern möglich ist. Dabei sollte zwischen benachbarten Sektoren, d. h. zwischen Sektoren, die aneinandergrenzen, ein Verkippen der jeweiligen Magnetisierungsrichtung um einen Winkel kleiner als 180° vorgesehen sein. Bevorzugt sollte ein gleichmäßiges Rotieren der Magne- tisierungsrichtungen zwischen benachbarten Sektoren einer Abfolge von Sektoren erfolgen, sodass sich bevorzugt nach einer bestimmten Anzahl von Sektoren in Abhängigkeit des gewählten Drehwinkels eine erneute Wiederholung der Änderung von Magnetisierungsrichtungen aufeinanderfolgender Sektoren ergibt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Rotation der
Magnetisierungsrichtungen um einen Drehwinkel von ca. 90° erfolgt, sodass mit einer Abfolge von vier aufeinanderfolgenden Sektoren sich ein Wiederholen einer Sequenz einer Änderung von Magnetisierungsrichtungen einstellt. In einer Magnetfeld- quelle können mehrere Sequenzen in einer Abfolge angeordnet sein. Bei einer ringförmig in sich geschlossen umlaufenden Magnetfeldquelle kann im Umlauf eine endlose Abfolge sich wiederholender Rotationssequenzen der Magnetisierungsrichtungen vorgesehen sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Kuppelpartner relativ zueinander drehbar angeordnet sind.
Durch eine relative Drehbarkeit der Kuppelpartner ist es mög- lieh, zwischen den Kuppelpartnern einerseits eine Drehbewegung zu übertragen, wobei bevorzugt ein Schlupf nahe Null bei der Übertragung einer Drehbewegung in der Magnetkupplung auftritt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass beispiels- weise durch Blockieren eines der Kuppelpartner insbesondere auf der Abtriebsseite der Anordnung ein Schlupf entsteht und sich gegebenenfalls eine Neupaarung der Kuppelpartner einstellt. Ein derartiges Blockieren kann beispielsweise uner- wünscht sein oder auch gezielt eingeleitet werden. Beispielsweise kann ein Anschlag vorgesehen sein, um den
abtriebsseitigen Kuppelpartner zu blockieren und gezielt einen Schlupf zwischen den Kuppelpartnern hervorzurufen. Mit einem Voranschreiten der Drehbewegung des antriebsseitigen Kuppelpartners kann mit Überschreiten eines sogenannten Totpunktes zwischen den beiden Kuppelpartnern eine Umkehr der Drehrichtung der abtriebsseitigen Kuppelpartner erfolgen. Dies erfolgt sprungartig in dem Bestreben, wieder eine stabile, d. h. schlupffreie Kuppellage zwischen den Kuppelpartnern unter Nutzung des Magnetfeldes herzustellen. Vorteilhafterweise erstreckt sich eine Magnetfeldquelle gekrümmt auf einem Umlauf, an zumindest einem, insbesondere an beiden Kuppel - partnern. Bei einer Ausstattung beider Kuppelpartner mit je einer Magnetfeldquelle sollten diese einander zugewandte Pol- flächen aufweisen, in welchen Magnetfeldlinien bzw. der magnetische Fluss aus- bzw. eintritt, wobei ein Kuppelspalt zumindest abschnittsweise zwischen Polflächen der Magnetfeldquelle bzw. der Magnetfeldquellen angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine verlustarme Leitung des magnetischen Flusses innerhalb der Magnetfeldquelle erzielbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Sektoren der Magnetfeldquelle auf einer azimutalen Bahn, insbesondere in sich geschlossen aufeinander abfolgen.
Eine azimutale Bahn, insbesondere eine in sich geschlossen umlaufende Bahn weist den Vorteil auf, dass eine Drehbewegung in einfacher Form über die Magnetkupplung übertragbar ist. Die azimutale Bahn kann beispielsweise eine Kreisbahn sein, längs welcher sich eine Magnetfeldquelle erstreckt. Die Magnetfeldquelle kann dabei in sich geschlossen auf der Bahn umlaufen und dabei insbesondere eine Abfolge verschiedener Sektoren aufweisen, wobei Sektoren unterschiedliche Magnetisie- rungsrichtungen aufweisen können. Dabei sollte ein zyklisches Wechseln der Magnetisierungsrichtungen der Sektoren (bezüglich der Richtung der Abfolge von Sektoren) vorgesehen sein, wobei in geschlossenem Umlauf insbesondere gleichartige Se- quenzen von Sektoren mit zyklisch wechselnden Magnetisierungsrichtungen aufeinander abfolgen können.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Kuppel - partner koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Eine koaxiale Ausrichtung der Kuppelpartner ermöglicht es, eine Drehbewegung in einfacher Weise zu übertragen, wobei Polflächen der Magnetfeldquellen einander möglichst großflächig überdecken. Vorteilhafterweise sollte bei einer Verwen- dung bzw. Anordnung der Magnetfeidquelle (n) auf einer azimutalen Bahn eine Überdeckung der Polflächen zwischen den Kuppelpartnern unabhängig von der Relativlage der Kuppelpartner vorgesehen sein. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Kuppelpartner einander zumindest teilweise umgreifen.
Durch ein teilweises Umgreifen der Kuppelpartner kann die zur Verfügung stehende Fläche an der Magnetfeldquelle zur Anord- nung von Polflächen vergrößert werden. Die Kuppelpartner können mit ihren Drehachsen koaxial ausgerichtet sein. Vorteilhaft kann ein Kuppelpartner den anderen Kuppelpartner überlappen, sodass eine radiale Überdeckung vorliegt. Bevorzugt können bei einem zumindest teilweisen Umgreifen der Kuppel - partner die Polflächen einer Magnetfeldquelle (innen) mantelseitig an einem zylindrischen, insbesondere hohlzylindrischen Kuppelpartner liegen. Der entsprechend gegengleich ausgestaltete Kuppelpartner kann eine korrespondierende Magnetfeldquelle an einer (außen) mantelseitigen Fläche bei einer zylindrischen Struktur aufweisen. Die Polflächen der Kuppelpartner sollten einander zugewandt sein und bevorzugt den Kuppelspalt begrenzen. Polflächen können beispielsweise innen- bzw. außenmantelseitig an einem Zylinder bzw. Hohlzy- linder angeordnet sein. Vorteilhafterweise sollten die Kuppelpartner rotationssymmetrisch aufgebaut sein. Eine Nutzung von Innen- bzw. Außenmantelflächen eines Kuppelpartners und ein Umgreifen derselben weist den Vorteil auf, dass bei kon- stantem Umfang durch Variation der Erstreckung in Richtung der Drehachse der Kuppelpartner die zur Kraftübertragung nutzbaren Polflächen der Magnetfeidquelle (n) vergrößert werden können . Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auch mindestens ein weiterer Teil der elektrischen Schalteinrichtung von dem elektrisch isolierenden Fluid umgeben ist. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltanordnung das fluiddichte Kapselungsgehäuse oder zumindest einen Gehäuseteil zum Aufbau des fluiddichten Kapselungsgehäuses auf. Die Schaltanordnung ist in diesem Fall ein GIS-Modul.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine gasisolierte Schaltungsanlage (GIS) mit einem fluiddichten Kapselungsgehäuse und mindestens einer vorstehend genannten Schaltanordnung. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigt die
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Schaltanordnung mit
Magnetkupplung gemäß einer bevorzugten Ausführungs- form der Erfindung, die
Fig . 2 eine stirnseitige Ansicht der Magnetkupplung in einer Ausschaltposition, die
Fig . 3 die stirnseitige Ansicht der Magnetkupplung in einem Totpunkt, d. h. während eines sprungartigen Umschlagens und die Fig. 4 eine Lage der Magnetkupplung in einer Einschaltposition . Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schaltanordnung mit Magnetkupplung 1. Die Magnetkupplung 1 weist einen ersten Kuppelpartner 2 sowie einen zweiten Kuppelpartner 3 auf. Vorliegend wirkt der erste Kuppelpartner 2 als antreibender Kuppelpartner 2, wohingegen der zweite Kuppelpart- ner 3 als abtreibender Kuppelpartner 3 wirkt. Die beiden Kuppelpartner 2, 3 sind drehbeweglich gelagert und koaxial zueinander ausgerichtet. Der erste Kuppelpartner 2 ist mit einer antreibenden Welle 4 verbunden. Der zweite Kuppelpartner 3 ist mit einer abtreibenden Welle 5 verbunden. An der antrei- benden Welle 4 ist eine Antriebskurbel 6 angeordnet. Mittels der Antriebskurbel 6 ist eine Bewegung der antreibenden Welle 4 initiierbar. Beispielhaft ist in der Fig. 1 dazu eine als Motor ausgebildete Antriebsmaschine M symbolisiert, welche beispielsweise als Linearantrieb wirken kann und eine Linear- bewegung auf die Antriebskurbel 6 abgibt, wobei die Antriebs- kurbel 6 aufgrund ihrer winkelstarren Verbindung mit der antreibenden Welle 4 die Linearbewegung in eine Drehbewegung der antreibenden Welle 4 wandelt. Insgesamt ergibt sich also ein Antriebsstrang A, in dem die Magnetkupplung 1 angeordnet ist.
Der erste Kuppelpartner 2 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet, wobei in der Hohlzylinderwand eine erste Magnetfeldquelle angeordnet ist. Die erste Magnetfeldquelle weist Polflächen auf, die innenmantelseitig an der Hohlzylinderwand angeordnet sind und jeweils einen Abschnitt einer Mantelfläche eines Kreiszylinders bilden. Der zweite Kuppelpartner 3 ist zylindrisch ausgeführt und weist eine zweite Magnetfeldquelle 8 auf. Diese zweite Magnetfeldquelle 8 weist Polflä- chen auf, die außenmantelseitig an einem Kreiszylinder angeordnet ist. In der Fig. 1 sind die beiden Kuppelpartner 2, 3 beabstandet zueinander dargestellt. Im betriebsfähigen Zustand umgreift der erste Kuppelpartner 2 den zweiten Kuppel- partner 3 außenmantelseitig . Das heißt, die koaxial zueinander ausgerichteten Kuppelpartner 2, 3 überdecken einander in radialer Richtung. So ist zwischen den Polflächen vom ersten und zweiten Kuppelpartner 2, 3 ein ringförmiger Kuppelspalt 9 angeordnet. Polflächen sind die Bereiche an den Magnetfeldquellen 7, 8, an welchen ein magnetischer Fluss aus der jeweiligen Magnetfeldquelle 7, 8 ein- bzw. austritt. Ein Ein- und Austritt erfolgt bevorzugt im Wesentlichen lotrecht zur Polfläche .
Dem zweiten Kuppelpartner 3 ist die abtreibende Welle 5 zugeordnet, wobei an der abtreibenden Welle 5 ein Kurbelarm 10 angeordnet ist. Der Kurbelarm 10 dient einem Abgreifen einer Drehbewegung der abtreibenden Welle 5. Beispielhaft ist in der Fig. 1 eine Verbindung des Kurbelarmes 10 schematisch mit einem bewegbaren Kontaktstück 11 einer elektrischen Schalteinrichtung 12 dargestellt. Die Drehbewegbarkeit der abtreibenden Welle 5 ist durch einen ersten Anschlag 13 sowie einen zweiten Anschlag 14 eingeschränkt. Der erste Anschlag 13 so- wie der zweite Anschlag 14 liegen in einer Schwenkebene des
Kurbelarmes 10, sodass der Kurbelarm 10 bei einer Drehung der abtreibenden Welle 5 in Abhängigkeit des Richtungssinns der Drehbewegung gegen den ersten bzw. zweiten Anschlag 13, 14 schlägt. Durch die Anschläge 13, 14 ist die freie Drehbarkeit der abtreibenden Welle 5 sowie des zweiten Kuppelpartners 3 eingeschränkt. Die beiden Anschläge 13, 14 sind im Wesentlichen gleichartig ausgebildet, wobei diese ortsfest positioniert sind und ihrerseits elastisch verformbar sind. Durch die elastische Verformbarkeit der Anschläge 13, 14 erfolgt ein mechanischer Schutz des zweiten Kuppelpartners 3. Die Lage der Anschläge 13, 14 ist dabei derart gewählt, dass bei einem Anliegen des Kurbelarmes 10 am ersten Anschlag 13 die elektrische Schalteinrichtung 12 in ihrer Ausschaltstellung befindlich ist, d. h. das bewegbare Kontaktstück 11 ist von einem Gegenkontaktstück getrennt. Es besteht eine elektrisch isolierende Strecke an der elektrischen Schalteinrichtung 12. Bei einem Anliegen des Kurbelarmes 10 am zweiten Anschlag 14 liegt eine Kontaktierung des bewegbaren Kontaktstückes 11 mit dem Gegenkontaktstück vor, sodass die elektrische Schalteinrichtung 12 im eingeschalteten Zustand befindlich ist. Der Antriebsstrang A wird durch die folgenden Komponenten gebildet: die Antriebsmaschine M, die Antriebskurbel 6, die an- treibende Welle 4, die Kuppelpartner 2, 3 der Magnetkupplung 1, die abtreibende Welle 5 und den Kurbelarm 10 nebst einem Verbindungsstück zum Kontaktstück 11. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Schaltanordnung sind das Kontaktstück 11 sowie weitere Teile der Schalteinrichtung 12, insbesondere Gegenkontakte zu dem Kontaktstück, und ein die Magnetkupplung 1 umfassender Teil des Antriebsstrangs A von dem elektrisch isolierenden Fluid F umgeben. Die Antriebsmaschine M könnte in einer anderen Ausführungsform ebenfalls von dem elektrisch isolierenden Fluid F umgeben sein. Dieses elektrisch isolie- rende Fluid F ist seinerseits von einem fluiddichten Kapselungsgehäuse G umgeben und dadurch von der Umwelt abgekapselt. Das fluiddichte Kapselungsgehäuse G wird beispielsweise von mehreren Gehäuseteilen gebildet. Das Fluid F ist bevorzugt ein elektrisch isolierendes Gas. Die Schaltanordnung ist insbesondere eine Komponente beziehungsweise ein Modul zum Aufbau einer gasisolierten Schaltungsanlage (GIS: Gas
Insulated Switchgear) und wird dort zum Trennen und Erden von Strombahnen verbaut . Es ergeben sich folgende Vorteile:
Durch die Verwendung der Magnetkupplung 1, deren
abtriebsseitige Bewegung begrenzt ist, ergibt sich eine neuartige magnetisch betriebene Sprungeinheit. Durch diese mag- netisch betriebene Sprungeinheit kann die für eine solch schnelle Schaltbewegung benötigte Schaltenergie in relativ kleinen Abmessungen realisiert werden. Dies ermöglicht:
die Verwendung von jeweils einer Kupplung 1 pro Strombahn anstelle von einer großen Kupplung für mehrere Strombahnen und
die Integration der mindestens einen Kupplung 1 in die Strombahn innerhalb des Fluid- bzw. Gasraumes. In der Figur 2 ist eine stirnseitige Ansicht der Magnetkupplung 1 gezeigt, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich Teile der in Fig. 1 gezeigten Anordnung dargestellt sind. Auf eine Darstellung der weiteren Teile der kinematischen Kette, in welche die Magnetkupplung 1 eingebunden ist, wird aus
Übersichtlichkeitsgründen in den Figuren 2, 3 und 4 verzichtet. In der Fig. 2 ist die Magnetkupplung 1 im betriebsfähigen Zustand dargestellt. Das heißt, der zweite Kuppelpartner 3 ragt in dem ersten Kuppelpartner 2 hinein, zwischen den beiden Kuppelpartnern 2, 3 ist ein ringförmiger, insbesondere hohlzylindrischer Kuppelspalt 9 gebildet. Der Kurbelarm 10 liegt am ersten Anschlag 13 an (entspricht der Darstellung der Fig. 1) . In der Fig. 2 ist symbolhaft die Aufteilung der ersten Magnetfeldquelle 7 in mehrere Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1 , 15b1, 15c1, 15d\ 15e\ 15f dargestellt. Vorliegend sind die einzelnen Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1 , 15b1, 15c1, 15d\ 15e\ 15f mit einem im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt ausgebildet, wobei jeder der Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1, 15b1, 15c1, lSd1, 15θλ, 15f' zylindrisch ausgebildet ist und die einzelnen Zylinderachsen parallel zur Drehachse des ersten Kuppelpartners 2 ausgerichtet sind, sodass mit Zusammensetzen der Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1, 15b1, 15c1, 15άλ, 15e ISf1 ein Zylinder mit kreisringförmigem Quer- schnitt entsteht. Neben einer idealen Kreisringform kann auch vorgesehen sein, dass ein vieleckiger Querschnitt an der ersten Magnetfeldquelle 7, welche die Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1, 15b1, 15c1, 15d\ 15e\ 15f aufweist, gebildet ist. Die Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f;
15a1, 15b1, 15c1, lSd1, 15θλ, 15f' weisen jeweils den gleichen Querschnitt auf. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass einzelne Sektoren gegenüber anderen Sektoren verkleinerte Querschnitte aufweisen. Beispielsweise können Polflächen tragende Sektoren 15a, 15d, 15a1, 15d' im Vergleich zu zwi- sehen diesen liegenden Sektoren 15b, 15c, 15e, 15f, 15b1, 15c1, ISe1, 15f' einen größeren Querschnitt aufweisen. Die Polflächen der ersten Magnetfeldquelle 7 sind Sektoren 15a, 15d; 15a1, 15d' der ersten Magnetfeldquelle 7 innenmantelsei - tig angeordnet. Die Sektoren 15a, 15d; 15a' , 15d', welche die Polflächen tragen, weisen jeweils eine Magnetisierungsrichtung auf, welche radial zur Drehachse ausgerichtet ist. In analoger Weise kann auch die zweite Magnetfeldquelle 8 des zweiten Kuppelpartners 3 ausgebildet sein. Die Magnetisierungsrichtung der einzelnen Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a', 15b', 15c', 15d', 15e', 15f ist dabei derart gewählt, dass in einer Abfolge der Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1 , 15b', 15c 15d', 15e', 15f in Richtung der Relativbewegbarkeit der Kuppelpartner 2, 3 ein zyklisches Verkippen der Magnetisierungsrichtungen der Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a', 15b', 15C, 15d', 15e', 15f vorliegt. In einem Umlauf können mehrere gleichartige (aufeinander wiederkehrende) Sequenzen von Änderungen der Magneti- sierungsrichtung aufeinanderfolgen. Wie zu erkennen ist, existieren Magnetisierungsrichtungen im Inneren der Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a', 15b', 15C, 15d', 15e', 15f (angedeutet durch die Pfeile), welche zum einen radial ausgerichtet sind und dabei gleichsinnig oder gegensinnig magnetisiert sind. In zwischen den Sektoren 15a, 15d; 15a' ,
15d', welche eine radial ausgerichtete Magnetisierung aufweisen, angeordneten Sektoren 15b, 15c, 15e, 15f; 15b' , 15c' , 15e', 15f wird ein magnetischer Fluss im Wesentlichen konzentriert und im Wesentlichen in Umfangsrichtung der relati- ven Bewegungsbahn des ersten Kuppelpartners 2 geleitet. So weist ein magnetischer Fluss innerhalb des ersten Kuppelpartners 2 insbesondere innerhalb der ersten Magnetfeldquelle 7 einen im Wesentlichen U-förmigen Verlauf auf. In Umfangsrich- tung verlaufend ist ein Rotieren der Magnetisierungsrichtung in den einzelnen Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a', 15b', 15c', 15d', 15e', 15f vorgesehen, wobei von Sektor zu Sektor ein Verkippen um einen Drehwinkel von ca. 90° vorgesehen ist. Sämtliche Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a', 15b', 15c', 15d', 15e', 15f sind als Dauermagnete aus- geführt, sodass jeder der Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a', 15b', 15c', 15d', 15e', 15f einen Anteil zur Erzeugung eines resultierenden magnetischen Flusses der ersten Magnetfeldquelle 7 beiträgt. In der Ansicht der Figur 2 ist beispielhaft der Flussverlauf des resultierenden Magnetfeldes punktiert markiert. Zu erkennen ist, dass der jeweilige Mag- netfluss, welcher sich resultierend einstellt, in Richtung des Kuppelspaltes 9 gedrängt ist und den Kuppelspalt 9 durch- setzt. Dabei ist auf Grund des Änderns der Magnetisierungsrichtungen der Sektoren 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a' , 15b' , 15c' , 15d', 15e', 15f der beiden Kuppelpartner 2, 3 eine Verlängerung des Bahnverlaufes der geschlossenen magnetischen Flusslinien erreicht. Des Weiteren sind durch die Verdrängung des magnetischen Flusses in Richtung des Kuppel - spaltes 9 die übertragbaren Kuppelkräfte zwischen den Kuppel - partnern 2, 3 verstärkt. An den von den Polflächen der ersten Magnetfeldquelle 7 abgewandten Bereichen ist einem Austreten der Magnetfeldlinien bzw. des magnetischen Flusses entgegen- gewirkt, da der magnetische Fluss dort bevorzugt innerhalb der zwischen den radiale Magnetisierungsrichtungen aufweisenden Sektoren 15a, 15d, ; 15a', 15d' liegenden Sektoren 15b, 15c, 15e, 15f; 15b', 15c', 15e', 15f der ersten Magnetfeldquelle 7 geleitet ist. Somit sind Verluste des magnetischen Flusses im von dem Kuppelspalt 9 abgewandten Bereich der ersten Magnetfeldquelle 7 reduziert.
Eine Segmentierung der zweiten Magnetfeldquelle 8 erfolgt in analoger Weise, wobei die einzelnen Sektoren derart orien- tiert sind, dass die Magnetisierungsrichtungen eine Verlagerung des magnetischen Flusses in Richtung des Kuppelspaltes 9 bewirken. Das heißt, der erste Kuppelpartner 2 mit der dort angeordneten ersten Magnetfeldquelle 7 weist eine positive Magnetisierung auf, wobei der zweite Kuppelpartner 3 mit der dort angeordneten zweiten Magnetfeldquelle 8 eine negative
Magnetisierung aufweist. So wird sichergestellt, dass die von der ersten und der zweiten Magnetfeldquelle 7, 8 ausgehenden, magnetischen Flüsse sich überlagern und eine Kraftverstärkung hervorbringen. In Umfangsrichtung verlaufend ist ein Rotieren der Magnetisierungsrichtungen in den einzelnen Sektoren der zweiten Magnetfeldquelle 8 um ca. 30° von Sektor zu Sektor vorgesehen. Der sich einstellende überlagerte Fluss wird von der ersten und zweiten Magnetfeldquelle 7,8 gespeist. Die ge- schlossenen Bahnen des magnetischen Flusses verlaufen innerhalb der ersten und der zweiten Magnetfeldquelle 7, 8 wobei ein Passieren des Kuppelspaltes 9 erfolgt. Ein Ein- und Austreten des magnetischen Flusses erfolgt bevorzugt im Wesent- liehen lotrecht zu den Polflächen der Magnetfeldquellen 7, 8. Im stabil eingekuppelten ( schlupffreien) Zustand der Kuppel - partner 2,3 passieren die magnetischen Flüsse den Kuppelspalt
9 im Wesentlichen in radialen Richtungen. Bei einer Bewegung der Antriebskurbel 6 im Uhrzeigersinn und einer damit folgenden Rotation des ersten Kuppelpartners 2 wird auf Grund der über den Kuppelspalt 9 bestehenden Magnetkräfte zwischen den beiden Magnetquellen 7, 8 der Kurbelarme
10 gegen den ersten Anschlag 13 gepresst. Die zweite Magnet- feldquelle 8 bzw. der zweite Kuppelpartner 3 ist blockiert.
Mit Voranschreiten der Drehbewegung des ersten Kuppelpartners 2 tritt ein Schlupf zwischen den beiden Kuppelpartnern 2, 3 auf, wobei auf Grund der bestehenden Kraftwirkung zwischen den Magnetfeldquellen 7, 8 weiter ein Anpressen des Kurbelar- mes 10 gegen den ersten Anschlag 13 erfolgt. Mit Erreichen einer Totpunktlage, wie in der Figur 3 dargestellt, halten sich die Kräfte, welche den Kurbelarm 10 gegen den ersten Anschlag 13 treiben, sowie die Kräfte, welche auf Grund des vergrößerten Schlupfes zwischen dem ersten sowie dem zweiten Kuppelpartner 2, 3 eine alternative stabile Kuppellage zwischen erstem und zweitem Kuppelpartner 2, 3 erreichen wollen, die Waage. Mit einem Erreichen/Überschreiten des Totpunktes kommt es zu einem Umschlagen der Kräfteverhältnisse zwischen den beiden Kuppelpartnern 2, 3. In dem Bestreben, eine stabi- le Verbindung zwischen den beiden Kuppelpartnern 2, 3 zu erreichen, richten sich die Magnetfeldquellen 7, 8 neu zueinander aus und nehmen die abtreibende Welle 5 mit daran angeordnetem Kurbelarm 10 unter Umkehrung des Richtungssinns (bezüglich der Antriebsbewegung des ersten Kuppelpartners 2) mit. Dieses Umschlagen ist in der Figur 3 dargestellt. Der zweite Kuppelpartner 3 kann bis zum Erreichen des zweiten Anschlages 13 drehen. Es erfolgt ein sprungartiges Umschlagen des Kurbelarmes 10. Eine Bewegung des ersten Kuppelpartners 2 kann mit/kurz nach Erreichen des Totpunktes eingestellt werden, sodass über die Antriebskurbel 6 in definierten Lagen des ersten Kuppelpartners 2 festgelegt ist. Auf Grund der sich neu einstellenden stabilen alternativen Kuppellage zwischen erstem und zweitem Kuppelpartner 2, 3 ist in der Folge eine stabile Lage des Kurbelarmes 10 am zweiten Anschlag 14 gegeben. Diese Position ist in der Figur 4 dargestellt. In dieser Position ist das in der Figur 1 dargestellte bewegbare Kontaktstück 11 mit dem Gegenkontaktstück der elektrischen
Schalteinrichtung 12 in elektrisch leitender Verbindung. Die Elektrische Schalteinrichtung 12 befindet sich in einem eingeschalteten Zustand.
Eine Rückbewegung kann durch eine Reversion der auf die An- triebskurbel 6 aufgebrachten Bewegung (siehe Fig. 4) erfolgen, wobei nunmehr umgekehrt zunächst ein Anpressen des Kurbelarmes 10 auf Grund der bestehenden Kuppelkräfte zwischen erstem und zweitem Kuppelpartner 2, 3 gegen den zweiten Anschlag 14 bewirkt wird und wiederum bei Errei- chen/Überschreiten einer Totpunktlage (die in der Figur 2 gezeigte Lage der Antriebskurbel 6) ein Umschlagen bzw. Umspringen des Kurbelarmes 10 gegen den ersten Anschlag 13 erfolgt . In einer derartigen Anordnung ist die Magnetkupplung 1 genutzt, um einerseits eine Bewegung innerhalb einer kinematischen Kette zu übertragen und zusätzlich eine in die Magnetkupplung 1 eingeleitete Bewegung zu wandeln und eine Bewegung mit einem veränderten Bewegungsprofil abzugeben. Entsprechend besteht die Möglichkeit, eine stetig auf den ersten Kuppelpartner 2 eingeleitete Bewegung in eine abweichende sprunghafte Bewegung mit umgekehrtem Richtungssinn am zweiten Kuppelpartner 3 zu wandeln.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltanordnung für eine gasisolierte Schaltungsanlage, mit einer elektrischen Schalteinrichtung (12) und einem An- triebsstrang (A) , über den ein Kontaktstück (11) der Schalteinrichtung (12) von einer Antriebseinrichtung (M) bewegbar ist, wobei zumindest das Kontaktstück (11) von einem elektrisch isolierenden Fluid (F) umgeben ist, das seinerseits von einem fluiddichten Kapselungsgehäuse (G) umschlossen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s in dem Antriebsstrang (A) zwischen der Antriebseinrichtung (M) und dem Kontaktstück (11) eine Magnetkupplung (1) angeordnet ist, deren abtriebsseitige Bewegung zumindest einseitig begrenzt ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s auch der Antriebsstrang (A) oder zumindest ein die Magnetkupplung (1) umfassender Teil des Antriebsstrangs (A) von dem elektrisch isolierenden Fluid (F) umgeben ist.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
mindestens einen mechanischen Anschlag (13, 14) zur Begren- zung der Bewegung.
4. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Magnetkupplung einen ersten Kuppelpartner (2) und einen zweiten Kuppelpartner (3) aufweist, welche über ein einen Kuppelspalt (9) zwischen den Kuppelpartnern durchsetzendes magnetisches Feld kuppelbar sind, wozu an zumindest einem Kuppelpartner (2, 3) eine Magnetfeldquelle (7, 8) angeordnet ist .
5. Schaltanordnung nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Magnetfeldquelle (7, 8) derartig steuerbar ist, dass deren magnetischer Fluss in Richtung des Kuppelspalts (9) gedrängt ist, wobei die Steuerung insbesondere durch eine Polarisierung der Magnetfeldquelle (7, 8) erfolgt.
6. Schaltanordnung nach Anspruch 4 oder 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Magnetfeldquelle (7, 8) mehrere aufeinander abfolgende Sektoren (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1 , 15b \ 15c1 , 15d 15e 15f) aufweist, die voneinander abweichende Magnetisierungsrichtungen aufweisen .
7. Schaltanordnung nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s zwischen einem ersten und einem zweiten der Sektoren (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1, 15b1, 15c1, 15d\ 15e\ 15f mit parallel oder/und radial ausgerichteten Magnetisierungsrichtungen zumindest ein den ersten und den zweiten Sektor (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1, 15b1, 15c1, 15d\ 15e\ 15f magnetisch verbindender magnetflussleitender Sektor (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f; 15a1, 15b1, 15c1, 15d\ 15e\ 15f angeordnet ist.
8. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s auch mindestens ein weiterer Teil der elektrischen Schalteinrichtung (12) von dem elektrisch isolierenden Fluid (F) umgeben ist.
9. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
das fluiddichte Kapselungsgehäuse (G) oder zumindest ein Gehäuseteil zum Aufbau des fluiddichten Kapselungsgehäuses (G) .
10. Gasisolierte Schaltungsanlage mit einem fluiddichten Kapselungsgehäuse (G) ,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens eine Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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