WO2018036739A1 - Koppeleinrichtung und verfahren zum koppeln und entkoppeln eines spanngetriebes eines leistungsschalters - Google Patents

Koppeleinrichtung und verfahren zum koppeln und entkoppeln eines spanngetriebes eines leistungsschalters Download PDF

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WO2018036739A1
WO2018036739A1 PCT/EP2017/068732 EP2017068732W WO2018036739A1 WO 2018036739 A1 WO2018036739 A1 WO 2018036739A1 EP 2017068732 W EP2017068732 W EP 2017068732W WO 2018036739 A1 WO2018036739 A1 WO 2018036739A1
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WO
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tensioning
spring
elements
coupling device
shaft
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Application number
PCT/EP2017/068732
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Lukas BINNER
Prosper Hartig
Philipp Last
Maurice LESSER
Gunnar Lutzke
Ronald Puls
Uwe Schriek
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/40—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using friction, toothed, or screw-and-nut gearing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/42—Driving mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H2003/323—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts the mechanisms being adjustable

Definitions

  • the invention relates to a coupling device for a tensioning gear of a circuit breaker and a method for Kop ⁇ peln and decoupling.
  • the coupling device comprises a first rotatable element, which is fastened to a shaft and is in operative connection with a tensioning drive.
  • the coupling device comprises a second movable element for clamping a spring, which is designed to switch via a kinematic chain at least one contact of a power switch ⁇ .
  • the first member and second member are in mechanical contact with each other in a first position for force transmission between the first and second members.
  • At least one element of the first and two ⁇ th element is movable to a second position in which the first and second members are spaced apart from each other angeord- net and a power transmission between the first and second elements is interrupted.
  • High-voltage power switches are used to switch high voltages and currents, in particular in the range of up to 1 '200 kV and up to a few l' OOO A. For this purpose,
  • a contact comprises at least two contact ⁇ pieces.
  • a main or rated current contact includes, for example, two rated current contact pieces, and a bypass or arc contact comprises, for example, two arcing contact pieces.
  • At least one contact piece of a respective contact is movably arranged for switching the circuit breaker.
  • the movement when switching the contact pieces is generated in a drive, and the force or movement generated by the drive is transmitted via a kinematic chain to the jewei ⁇ term movable contact piece.
  • motors are used in the drive and / or the kinetic energy is temporarily stored in a spring accumulator.
  • a hand crank or an electric motor can be used to generate kinetic energy and in a spring with a high spring constant of the loading ⁇ wegungsenergy can be cached.
  • the spring is biased, for example, by the engine and provides in triggering the switching of the circuit breaker, the stored energy be ⁇ riding in the form of kinetic energy or force acting on the kinematic chain.
  • a coupling device is arranged between the engine and the spring.
  • the spring is stretched over a Spannwel ⁇ le from the engine via a tensioner.
  • the switching ⁇ movement for example, the closing movement of the circuit breaker, the force of the spring via the clamping shaft by rotation of the clamping shaft to the switch or the movable contact pieces of the switch.
  • the steps from spring tensioning to switching the switch can be divided into five phases.
  • the first phase describes the clamping process from a bottom dead center of the clamping shaft to a top dead center.
  • the tension ⁇ shaft is located with the closing spring, which can be fully relaxed or partially biased, and which can be connected via a crank with the clamping shaft, in a position at the bottom dead center of the crank or behind the bottom dead center in the direction of the clamping movement.
  • a power connection between the motor, the tensioning gear and the tensioning shaft must be or must be made so that the spring is tensioned by turning the tensioning shaft.
  • the second phase describes the range from top dead center to a latched position.
  • the crank When the spring is fully tensioned and the crank is at top dead center, the crank must be moved past the top dead center by the engine and the tensioner until the torque increased by the force of the spring on the crank mechanism exceeds the friction torque and force Spring can move the clamping shaft in the switching direction. From this point, the spring will accelerate the rotational movement of the clamping shaft until it is held by a pawl, for example. If the tensioning gear and the motor should not be accelerated by the force of Einschaltfe ⁇ in this phase, they must be mechanically decoupled from the spring. A possible decoupling can be done for example by an overrunning clutch, which allows the clamping shaft can rotate faster than the driving up to this time
  • the third phase describes the latched position and the caster.
  • the motor or the tensioning gear must be mechanically decoupled after the tensioning shaft after top dead center by the force of the spring in the latched position has been brought if the caster of the motor and / or the tensioning gear by the stored kinetic energy, or not yet switched off engine, should not lead to a tension of the clamping mechanism.
  • the mechanical decoupling prevents see at this stage, that is from the engine and the gearbox clamping torque to the tension shaft übertra ⁇ gen.
  • An overrunning clutch, as can be used in the second phase, is not suitable for this purpose.
  • a mechanical ⁇ cal decoupling can be a switchable ratchet imple- mented.
  • the fourth phase describes the switching process.
  • the motor and the tensioning gear when shifting with emotional would by the predetermined for the dragging shaft with respect to the necessary switching speed angular velocity as well as the translation of the charging mechanism very high Win ⁇ kel nieen corresponds stand in the chucking mechanism and for the engine, for which the components normally not designed. Damage or destruction of the components could be the result.
  • both a Studentsholkupp ⁇ ment and a switchable latch is suitable.
  • the fifth phase describes the overshoot after unte ⁇ dead center and the backstop.
  • the tensioning shaft is driven by the spring until it is completely relaxed at the bottom dead center of the crank mechanism and the actual switching action is completed.
  • the tensioning shaft will be held at this point or will pendulum around the bottom dead center.
  • the tensioning gearbox and the engine do not have to be decoupled mechanically during this phase be. If these are not mechanically decoupled, the Be ⁇ acceleration of the reverse rotation of the tensioning shaft is reduced by the inertia of the motor and tension gear in connection with the translation, and all can be prevented for example by a backstop in the tensioning gear.
  • the above-described coupling device between the motor and the spring and the described method from the spring tensioning operation to the switching of the switch are error-prone, require many components and cause high costs due to their complexity, with frequent changes in direction in the coupling device and by the high number of components Losses in the transmission of kinetic energy can arise.
  • the object of the present invention is the avoidance or reduction of the problems described above.
  • a coupling device for a tensioning gear of a circuit breaker and a method for kraftschlüssi ⁇ gene coupling and decoupling elements of a coupling device of a tensioning gear for a circuit breaker which have high reliability, are simple and inexpensive to implement, a simple enable low-loss generation of the movement for circuit breakers, wherein coupling and decoupling with little effort and kinetic energy losses is possible, controlled or regulated.
  • the second movable element is designed to switch via a kinematic chain at least ei ⁇ nen contact of a circuit breaker.
  • the first element and the second element are in a first positi ⁇ on in mechanical contact with each other for a power transmission between the first and second elements, and at least one element of the first and second members is movable in a two ⁇ th position in which the first are and second members spaced from each other and a power transmission ⁇ transmission between the first and the second element is broken.
  • the at least one element of the first and second elements is movable in the first and / or second position by a translational movement.
  • the coupling device according to the invention With the coupling device according to the invention a simple coupling and decoupling between the engine and spring is possible, and by the translational movement only little effort and little energy is necessary. This leads to low costs and higher reliability compared to coupling devices with z. B. consuming gear, which comprise a large number of elements, in particular with many shafts and gears. It is a simple, low-loss generation of movement with the coupling device according to the invention possible, wherein a coupling and decoupling can be done with little kinetic energy loss, regulated or controlled.
  • the at least one element of the first and second elements may be a gear or may comprise a gear. In particular, the first and second elements may be a gear be or include.
  • Gears provide a simple, reliable power transfer between two elements in the state where they mesh.
  • the power transmission can be easily separated by translational movement, in particular by translational movement along the axis of rotation of the gears. This ensures high reliability in Kop ⁇ PelN and decoupling is achieved.
  • the one or more gears may be comprised of a tensioning gear, ie be part of the Spannge ⁇ drive. This allows a compact, simple construction.
  • An element of the first and second elements may be or comprise a Spannradritzel.
  • An element of the first and second elements may be or include a tensioning wheel.
  • the tensioning wheel may along its periphery a toothing aufwei ⁇ sen, which is in particular not formed completely around the periphery of the tensioning wheel.
  • Tensioning wheel with not completely along the circumference madebil ⁇ deter gearing it can be done by a gap in the toothing mechanical decoupling of the tensioning wheel, in particular in the phases two and three of the clamping operation.
  • the gears are engaged with each other and in the fourth phase, the gears are re-engaged. This allows the tension wheel without affecting the tensioning gear in the second phase accelerates the ⁇ and in the third phase will not occur or only slight tension.
  • the motor is disconnected from the power supply in the second phase and short-circuited until the time of power-up at the beginning of the fourth phase.
  • the at least one element of the first and second elements can be movable in the first and / or second position by a translatory movement along an axis, in particular along a central axis and / or rotational axis of the at least one element.
  • a movement along a ⁇ With central and / or axis of rotation is simple, feasible with little technical effort and reliable.
  • Tilting or blocking z As gears or Spannradritzel and tensioning wheel can be avoided by movement along an axis, whereby a high reliability of the inventive ⁇ Shen coupling device is achieved.
  • a simple mesh of z For example, teeth of gears or Spannradritzel and tensioning wheel, and a simple release of the meshing becomes possible even with movement of the elements by the translational movement along an axis for releasing or establishing the mesh.
  • the at least one element of the first and second elements may be movable into the first and / or second position by an actuator, in particular by a spring, a lever and / or a motor.
  • the movement can in particular a pinion disposed on a schraubenför ⁇ -shaped gearing carried at least one tensioning wheel also by inertia. This enables simple and cost-effective production and / or Be ⁇ riding position required for the translational kinetic energy is possible.
  • the at least one element of the first and second members may be resiliently mounted to move in the second positi on ⁇ and meshing the first and second members frictionally each other. Due to the resilient storage z. B. with starting motor a translational movement and teeth possible because in the case of the meeting of teeth during meshing the gear or pinion can remain in position until a further rotation of the pinion tooth hits gap in the other gear or in the tensioning wheel, and so a Einspuren is possible easily and without tilting.
  • the tensioning drive may comprise an electric motor or be an electric motor. Electric motors are costly favorable, easy to control and regulated as well as easy and reliable ⁇ sig to operate.
  • the spring may be in operative connection with the second movable element.
  • the spring may be or include a coil spring, a torsion spring or a leaf spring, in particular with a spring constant for switching a contact of a high-voltage circuit breaker via a kinematic Ket ⁇ te.
  • the at least one element movable between the first and second positions may be controllable, in particular controlled between the first and second positions, for phase-controlling or regulating the transmission of force between the first and second elements. This allows the at least one movable between the first and second position member targeted, timed BEWE ⁇ supply and function.
  • Tensioner for a circuit breaker in particular with a coupling device described above, comprises that at least one element of a first rotatable element and a second movable element is moved from a second position to a first position and / or moved from the first to the second position.
  • In the first position there is a mechanical force-locking contact between the first and second elements for a force transmission between the first and second element.
  • Is in the second position or vonei ⁇ Nander is placed with interrupted power transmission between the first and second members spaced apart, the first and second element.
  • the at least one Element of the first and second element is moved in the first and / or in the second position by a Translationsbewe ⁇ tion.
  • the translational movement of the at least one element of the first and second elements can take place along one axis, in particular along the central axis and / or rotation axis of the at least one element.
  • a relaxed or partially tensioned spring for Be ⁇ because of at least one contact of a circuit breaker via a kinematic chain when switching is non-positively via a clamping shaft and mechanically connected to the tensioning shaft fixed particular second element, by Transla ⁇ tion movement of the first and / or second Element connected to the first element and the tensioning drive,
  • Verklinkungsvortechnische and decoupling of the first and second elements by translational movement of at least one element of the first and second elements.
  • the spring After decoupling during a circuit breaker operation, the spring can be released. In particular, the spring can be relaxed when the at least one
  • a tensioning of the spring can be done via a crank.
  • the tensioning can be done by transmitting a force from the tensioning shaft via the crank to the spring.
  • An upper dead center of the crank can be overcome in non-positive connection of the first and second elements.
  • a switching of the circuit breaker can be done by relaxing the spring and power transmission from the spring to the shift shaft.
  • the first and second elements can be mechanically decoupled and spaced, and a bottom dead center of the crank, up to which the switching occurs, can be overcome by inertia or when tensioning the spring.
  • FIG. 1 shows schematically in an oblique view a clamping gear ei ⁇ nes circuit breaker according to the prior art, with tensioning drive 5 and spring 6, and
  • FIG. 2 schematically shows an oblique view of a tensioning gear of FIG. 1, with a pinion 2 and a tensioning wheel 3 with a gap in the toothing;
  • FIG. 3 schematically shows an oblique view of a tensioning transmission with a coupling device 1 according to the invention, with a translationally movable pinion 2 for decoupling the tensioning drive 5 from the Spring 6.
  • a tensioning gear of a circuit breaker according to the prior art is shown schematically in an oblique view Darge ⁇ provides.
  • the circuit breaker is driven by a spring 6, which stores the kinetic energy for moving electrical contact pieces of the contacts of the power switch. For simplicity, not shown in the Figu ⁇ ren contacts with contact pieces.
  • Dividing the kinematic chain 7 converts the Rotationsbewe ⁇ tion of the clamping shaft 9 in a translational movement z.
  • the spring ⁇ tensioned 6 is latched, ie the
  • Latching device 10 blocks the movement of the parts of the kinematic chain 7 until the triggering of the next one
  • the motor of a tensioning drive 5 can be electrically controlled or controlled, in particular by a control device, and can be braked for example via elements such as an engine brake, in particular by short circuit at the end of the clamping process.
  • a tensioning gear of Figure 1 is shown schematically in an oblique view, in addition to a Koppelein ⁇ direction 1 for decoupling the tensioning drive 5 of parts of the kinematic chain 7 and the spring 6, in particular for Ent ⁇ coupling after the clamping operation and when switching the circuit breaker ,
  • the coupling device 1 comprises a pinion 2 and a tensioning wheel 3.
  • the tensioning wheel 3 has along its circumference a toothing, which with a toothing ent ⁇ long of the circumference of the pinion 2 in phases in operative connection is, that is arranged interlocking.
  • the toothing ⁇ tion of the pinion 2 is arranged on the cylinder surface of the Rit ⁇ zels 2 and formed completely around the circumference of the pinion 2.
  • the teeth of the idler wheel 3 is on the ZY-relieving lateral surface of the idler wheel 3 and arranged only in part ⁇ example along the periphery of the idler wheel 3 is formed.
  • half of the circumference of the tensioning wheel 3 is provided with a toothing, and the other half has the mantle surface without teeth.
  • Tensioning wheel 3 and the pinion 2 with their respective teeth as ⁇ are brought into mutual engagement, or when using z.
  • an overrunning clutch arranged in the clamping shaft 9, the tensioning wheel 3 and the pinion 2 can be with their respective teeth in a state with mutual engagement when switching.
  • an overrunning clutch which is not shown in the figures for simplicity, the co-rotation of transmission elements 12 can be prevented during rotation of the tensioning shaft 9 when switching.
  • a backstop which is the A ⁇ simplicity not shown in the figures sake, can prevent a swing back of the clamping shaft.
  • the backstop can be arranged between transmission elements 12 and prevents the return swing of the tensioning shaft 9 in a state with mutual engagement of the respective teeth of the tensioning wheel 3 and the pinion 2.
  • a tensioning gear is shown schematically in perspective view as shown in Figure 2, but with a erfindungsgemä- SEN coupling device 1.
  • the pinion 2 as the at least ei ⁇ ne member of the first and second element,
  • the tensioning drive 5 and gear elements 12 can be decoupled from the spring 6 and parts of the kinematic chain 7.
  • a simultaneous decoupling of transmission elements 12 with each other can be prevented, for example by elongated training of gears as transmission elements 12 with a length greater than the length of the translational movement. This allows, even with a displacement of the transmission elements 12 via a displacement of the shaft 4 with the pinion 2, the transmission elements 12 remain in operative connection with each other or gears in mutual engagement.
  • the tensioning wheel 3 is designed as a toothed wheel, with teeth arranged completely around the circumference, ie without tooth gaps, and when the pinion 2 is also embodied as a toothed wheel with teeth arranged completely around the circumference, the mechanical connection of the tensioning drive 5 is separated and spring 6 by displacement of the tensioning wheel 3 and the pinion 2 against each other.
  • the tensioning wheel 3, in particular rigidly secured to the tensioning shaft 9, is with its rotation ⁇ axis, which corresponds to the longitudinal axis of the tensioning shaft 9, parallel to the axis of rotation of the pinion 3, which is insbeson ⁇ rigidly fixed to the shaft 4 and a rotation ⁇ axis has, which corresponds to the longitudinal axis of the shaft 4, arranged.
  • a displacement of the tensioning wheel 3 and the pinion 2 against each other takes place in a direction parallel to the axis of rotation of the tensioning wheel 3 and of the pinion 2.
  • the operative connection is not present and the coupling device 1 with tensioning wheel 3 and pinion 2 is decoupled.
  • a movement, in particular a rotational movement, or a force on the coupling device 1 with tensioning wheel 3 and pinion 2 can not be transmitted.
  • the mechanical connection between tensioning drive 5 and spring 6 is interrupted, both of which can generate and transmit movements independently of one another, without any effect on the respective other element or part.
  • the operative connection is restored and the coupling device 1 with
  • Tensioning wheel 3 and pinion 2 is in the coupled state.
  • a Be ⁇ movement in particular a rotational movement, or a force on the operative connection, ie, the coupling device 1 with tensioning wheel 3 and pinion 2 in operative connection, can be transmitted.
  • the mechanical connection of tensioning drive 5 and Fe ⁇ 6 is given and the spring 6, as described above, by a rotation of the tensioning drive 5 generated movement, which z. B. is converted by a crank 11 and parts of a kine ⁇ matic chain 7 in a translational motion, are stretched.
  • tensioning wheel 3 and pinion 2 as a first and second element 2, 3
  • tensioning wheel 3 and pinion 2 as a first and second element 2, 3
  • tensioning wheel 3 with teeth along the entire Spannrad instead of tensioning wheel 3 with teeth along the entire Spannrad, or instead of tensioning wheel 3 with teeth along the entire Spannrad shalls a tensioning wheel 3 with teeth in only one area of Spannspanndess, as shown in Figure 3.
  • the translational movement of the first and second elements 2, 3 against each other can be controlled or controlled in particular by an actuator.
  • an actuator for example, a linear motor, in particular attached to shaft 4 and / or to tensioning shaft 9, can be used as the actuator.
  • the translational movement of the first and second elements 2, 3 against each other can alternatively or additionally by a lever or by inertia of a arranged on a helical toothing rit- zels 2 at z.
  • tensioning drive 5 and spring 6 can be realized via the fiction, ⁇ contemporary coupling means with simple means, with a caster z.
  • a motor of Spannan ⁇ drive 5 is uncritical with separate adhesion, and only small claims must be made to the torque-speed characteristics of the engine. This allows the use of low-cost motors for the tension drive. 5
  • the coupling device 1 may be part of Ge ⁇ gear elements 12th
  • a gear pair of the gear elements 12 can be arranged relative to each other translationally displaceable.
  • a gear or both gears in particular controlled or controlled against each other along its rotational axis, for coupling in a spatial position with intermeshing teeth of the two gears, and for decoupling in a position with non-intermeshing teeth of the two gears.
  • the coupling device 1 according to the invention can be in the force or movement flow between the transmission elements 12 and the
  • Latching device 10 or the tensioning shaft 9 may be arranged.
  • a tensioning wheel 3 and a pinion 2 with completely around the respective circumference arranged teeth wherein in the coupled state, the teeth of the pinion 2 engage in the teeth of the tensioning wheel 3 and frictionally aufeinan ⁇ act, and in the decoupled state, the teeth of the pinion spatially removed and arranged without adhesion to the teeth of the tensioning wheel 3, z. B. the pinion. 2
  • the pinion 2 Before the clamping operation, the pinion 2 is axially displaced and brought into engagement with the tensioning wheel 3. During the clamping process, ie in phase 1, so a power transmission between the tensioning drive 5 and transmission elements 12 on the one hand and tensioning shaft 9 and the spring 6 on the other side guaranteed.
  • the pinion z. B. by an actuator moved back into a position without engagement of the teeth of the pinion 2 in the teeth of the tensioning wheel 3.
  • the power transmission between tensioning drive 5 and gear elements 12 on the one hand and tensioning shaft 9 and the spring 6 on the other hand is un ⁇ interrupted.
  • the force transmission or interaction between the tensioning drive 5 and the transmission elements 12 on the one side and the tensioning shaft 9 and the spring 6 on the other side are interrupted.
  • the teeth of the pinion 2 can remain with the teeth of the idler wheel 3 engaged, whereby transmission elements in phase 2 decrease 12 and clamp drive 5 through their inertia, the Be ⁇ acceleration of the clamping shaft 9 by the spring. 6
  • the electric motor of the tensioning drive 5 can short-circuit sen to generate a further braking effect.
  • the pinion 2 In the latched state, ie in or at the end of phase 3, the pinion 2 is moved translationally along its axis of rotation into the position without engagement of the teeth of the pinion 2 in the teeth of the tensioning wheel 3.
  • the power transmission between the tensioning drive 5 and gear elements 12 on the one hand and tensioning shaft 9 and the spring 6 on the other side is interrupted.
  • the phases 4 and 5 in particular when switching the circuit breaker, the power transmission or interaction between the tensioning drive 5 and Getriebeele ⁇ ments 12 on the one hand and clamping shaft 9 and the Fe ⁇ 6 interrupted on the other side.
  • the pinion 2 can be arranged translationally 29iebar along its axis of rotation. Before the clamping operation, the pinion 2 is axially displaced and brought into engagement with the teeth of the tensioning wheel 3.
  • phase 1 the teeth of the pinion 2 move in the area with teeth of the tensioning wheel 3 and a power transmission between tensioning drive 5 and gear elements 12 on the one hand and tensioning shaft 9 and the spring 6 on the other side remains ensured.
  • phase 2 the pinion 2 comes through a recess in the toothing of the
  • the power transmission between the tensioning drive 5 and the transmission elements 12 on the one side and the tensioning shaft 9 and the spring 6 on the other side is un ⁇ interrupted, even if during the switching movement of the power switch, the tensioning shaft 9 is moved to a position in which the teeth of the pinion 2 could engage in the teeth of the clamping shaft 9.
  • the distance of the pinion from the tensioning wheel 3 makes intervention impossible.
  • the power transmission or interaction between the tensioning drive 5 and gear elements 12 on one side and tensioning shaft 9 and the spring 6 on the other side is interrupted at any time of switching when switching the circuit breaker.
  • the pinion 2 can be moved over a resilient element at the same time starting motor of the tensioning drive 5.
  • the motor start, z. B. by using a circuit with series resistor, done slowly to a gentle
  • the pinion 2 can be arranged on a helical toothing and moved over a resilient element. This can be rotated when moving and in the case of the meeting of the teeth of pinion 2 and tensioning wheel 3 during meshing, the pinion remains in its position until the Rothdre ⁇ hung of the pinion 2 tooth hits gap and a meshing is possible. Only after the complete meshing the engine starts with a delay.
  • the embodiments described above can underei ⁇ Nander be combined and / or can be combined with the prior art. So z. B. different types of clamping drives 5 are used. It can be used electric motors or preloaded springs with high spring force. A linear guidance of parts of the kinematic chain 7, such. B.
  • a drive rod may be arranged in the form of a rail or a hollow tube to or around the drive rod.
  • the guide guides the drive rod linearly even with tilting forces, which are generated by the crank in the Dre ⁇ hung.
  • the spring 6 may be an input and / or opening spring of the circuit breaker.

Landscapes

  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koppeleinrichtung (1) für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters und ein Verfahren zum Koppeln und Entkoppeln. Die Koppeleinrichtung (1) umfasst ein erstes rotierbares Element (2), welches an einer Welle (4) befestigt ist und in Wirkverbindung mit einem Spannantrieb (5) steht. Desweiteren umfasst die Koppeleinrichtung (1) ein zweites bewegbares Element (3) zum Spannen einer Feder (6), welches ausgebildet ist über eine kinematische Kette (7) wenigstens einen Kontakt eines Leistungsschalters zu schalten. Das erste Element (2) und das zweite Element (3) stehen in einer ersten Position in mechanischem Kontakt miteinander für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3). Wenigstens ein Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) ist in eine zweite Position bewegbar, in welcher das erste und zweite Element (2, 3) beabstandet voneinander angeordnet sind und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) unterbrochen ist. Die Bewegung des wenigstens einen Elements des ersten und zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder zweite Position erfolgt als Translationsbewegung.

Description

Beschreibung
Koppeleinrichtung und Verfahren zum Koppeln und Entkoppeln eines Spanngetriebes eines Leistungsschalters
Die Erfindung betrifft eine Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters und ein Verfahren zum Kop¬ peln und Entkoppeln. Die Koppeleinrichtung umfasst ein erstes rotierbares Element, welches an einer Welle befestigt ist und in Wirkverbindung mit einem Spannantrieb steht. Desweiteren umfasst die Koppeleinrichtung ein zweites bewegbares Element zum Spannen einer Feder, welches ausgebildet ist über eine kinematische Kette wenigstens einen Kontakt eines Leistungs¬ schalters zu schalten. Das erste Element und zweite Element stehen in einer ersten Position in mechanischem Kontakt miteinander für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element. Wenigstens ein Element des ersten und zwei¬ ten Elements ist in eine zweite Position bewegbar, in welcher das erste und zweite Element beabstandet voneinander angeord- net sind und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element unterbrochen ist.
Hochspannung-Leistungsschalter werden zum Schalten hoher Spannungen und Ströme verwendet, insbesondere im Bereich von bis zu 1'200 kV und von bis zu einigen l'OOO A. Dazu sind
Kontakte vorgesehen, insbesondere ein Haupt- und Nebenstrom- kontakt. Ein Kontakt umfasst jeweils wenigstens zwei Kontakt¬ stücke. Ein Haupt- oder Nennstromkontakt umfasst z.B. zwei Nennstromkontaktstücke, und ein Nebenstrom- oder Lichtbogen- kontakt umfasst z.B. zwei Lichtbogenkontaktstücke. Wenigstens ein Kontaktstück eines jeweiligen Kontakts ist beweglich angeordnet, zum Schalten des Leistungsschalters.
Die Bewegung beim Schalten der Kontaktstücke wird in einem Antrieb erzeugt, und die durch den Antrieb erzeugte Kraft bzw. Bewegung wird über eine kinematische Kette an das jewei¬ lige bewegliche Kontaktstück übertragen. Zum Erzeugen von Be- wegungsenergie werden im Antrieb z.B. Motoren verwendet und/oder die Bewegungsenergie wird in einem Federspeicher zwischengespeichert. Eine Handkurbel oder ein elektrischer Motor können zum Erzeugen von Bewegungsenergie verwendet wer- den und in einer Feder mit hoher Federkonstante kann die Be¬ wegungsenergie zwischengespeichert werden. Die Feder wird z.B. durch den Motor vorgespannt und stellt beim Auslösen des Schaltens des Leistungsschalters die gespeicherte Energie be¬ reit, in Form von Bewegungsenergie bzw. Kraftwirkung auf die kinematische Kette.
Beim Schalten ist in der Regel der Motor von der Feder mechanisch entkoppelt, d.h. die Federkraft wirkt nicht auf den Mo¬ tor. Bei einer mechanischen Kopplung von Motor und Feder beim Schalten bzw. Entspannen der Feder würde ansonsten die Federkraft durch den Motor gedämpft und nicht vollständig zum Schalten zur Verfügung stehen bzw. auf bewegliche Kontaktstücke übertragen. Beim Spannen der Feder ist der Motor hingegen mit der Feder mechanisch gekoppelt bzw. in Wirkverbindung, und die vom Motor erzeugte mechanische Bewegung und Kraft wird zum Spannen der Feder verwendet.
Um zwischen gekoppelt und entkoppeltem Zustand regel- oder steuerbar zu wechseln, ist zwischen Motor und Feder eine Kop- peleinrichtung angeordnet. Die Feder wird über eine Spannwel¬ le vom Motor über ein Spanngetriebe gespannt. Bei der Schalt¬ bewegung, z.B. der Einschaltbewegung des Leistungsschalters, wird die Kraft der Feder über die Spannwelle durch Verdrehung der Spannwelle an den Schalter bzw. die beweglichen Kontakt- stücke des Schalters abgegeben.
Die Schritte vom Spannvorgang der Feder bis zum Schalten des Schalters können in fünf Phasen eingeteilt werden. Die erste Phase beschreibt dabei den Spannvorgang von einem unteren Totpunkt der Spannwelle zu einem oberen Totpunkt. Die Spann¬ welle befindet sich mit der Einschaltfeder, die vollständig entspannt oder teilweise vorgespannt sein kann, und welche über eine Kurbel mit der Spannwelle verbunden sein kann, in einer Stellung am unteren Totpunkt der Kurbel oder hinter dem unteren Totpunkt in Richtung der Spannbewegung. Ein Kraft- schluss zwischen Motor, Spanngetriebe und Spannwelle muss hergestellt sein oder werden, damit die Feder durch Verdrehen der Spannwelle gespannt wird.
Die zweite Phase beschreibt den Bereich vom oberen Totpunkt bis zu einer verklinkten Stellung. Wenn die Feder vollständig gespannt ist und die Kurbel sich am oberen Totpunkt befindet, muss die Kurbel durch den Motor und das Spanngetriebe bis hinter den oberen Totpunkt bewegt werden, bis das durch die Kraftwirkung der Feder am Kurbeltrieb ansteigende Drehmoment das Reibungsmoment übersteigt und die Kraft der Feder die Spannwelle in Schaltrichtung bewegen kann. Ab diesem Punkt wird die Feder die Drehbewegung der Spannwelle beschleunigen, bis diese z.B. durch eine Klinke gehalten wird. Wenn das Spanngetriebe und der Motor durch die Kraft der Einschaltfe¬ der in dieser Phase nicht mit beschleunigt werden sollen, müssen sie von der Feder mechanisch entkoppelt werden. Eine mögliche Entkopplung kann z.B. durch eine Überholkupplung erfolgen, welche ermöglicht, dass die Spannwelle sich schneller drehen kann als das bis zu diesem Zeitpunkt antreibende
Spanngetriebe .
Sind das Spanngetriebe und der Motor nicht mechanisch entkop¬ pelt, wird die Beschleunigung der Spannwelle durch die Träg¬ heit von Motor und Spanngetriebe in Verbindung mit der Übersetzung verringert. Trotzdem können durch die Übersetzung des Spanngetriebes sehr hohe Winkelgeschwindigkeiten im Spanngetriebe und für den Motor entstehen, für welche diese Bauteile normalerweise nicht ausgelegt sind.
Die dritte Phase beschreibt die verklinkte Stellung und den Nachlauf. Der Motor oder das Spanngetriebe müssen mechanisch entkoppelt werden, nachdem die Spannwelle nach dem oberen Totpunkt durch die Kraft der Feder in die verklinkte Stellung gebracht wurde, wenn der Nachlauf des Motors und/oder des Spanngetriebes durch die gespeicherte kinetische Energie, oder bei noch nicht ausgeschaltetem Motor, nicht zu einer Verspannung des Spannmechanismus führen sollen. Die mechani- sehe Entkopplung in dieser Phase verhindert, dass vom Motor und vom Spanngetriebe Drehmoment auf die Spannwelle übertra¬ gen wird. Eine Überholkupplung, wie sie in der zweiten Phase verwendet werden kann, ist dazu nicht geeignet. Eine mechani¬ sche Entkopplung kann z.B. durch eine schaltbare Klinke rea- lisiert werden.
Die vierte Phase beschreibt den Schaltvorgang. Beim Schalten sind das Spanngetriebe und der Motor ebenfalls mechanisch entkoppelt, damit sie nicht mit bewegt werden. Würde der Mo- tor und das Spanngetriebe beim Schalten mit bewegt, würden durch die für die Spannwelle hinsichtlich der notwendigen Schaltgeschwindigkeit vorgegebenen Winkelgeschwindigkeiten sowie durch die Übersetzung des Spanngetriebes sehr hohe Win¬ kelgeschwindigkeiten im Spanngetriebe und für den Motor ent- stehen, für die die Bauteile normalerweise nicht ausgelegt sind. Eine Beschädigung oder Zerstörung der Bauteile könnte die Folge sein. In dieser Phase ist sowohl eine Überholkupp¬ lung als auch eine schaltbare Klinke geeignet. Die fünfte Phase beschreibt das Überschwingen nach dem unte¬ ren Totpunkt und die Rücklaufsperre . Bei der Schaltbewegung wird die Spannwelle durch die Feder angetrieben, bis diese am unteren Totpunkt des Kurbelgetriebes vollständig entspannt ist und die eigentliche Schalthandlung vollzogen ist. Durch die gespeicherte kinetische Energie wird die Spannwelle bis hinter den unteren Totpunkt weiterverdreht und die Feder wird teilweise wieder gespannt, bis die kinetische Energie in die Federenergie umgewandelt ist und die Spannwelle zum Still¬ stand kommt. Durch eine geeignete Vorrichtung wird die Spann- welle an diesem Punkt festgehalten oder wird sich um den unteren Totpunkt herum auspendeln. Das Spanngetriebe und der Motor müssen in dieser Phase nicht mechanisch entkoppelt sein. Sind diese nicht mechanisch entkoppelt, wird die Be¬ schleunigung der Rückwärtsdrehung der Spannwelle durch die Trägheit von Motor und Spanngetriebe in Verbindung mit der Übersetzung verringert, und kann beispielsweise durch eine Rücklaufsperre im Spanngetriebe ganz verhindert werden.
Die zuvor beschriebene Koppeleinrichtung zwischen Motor und Feder sowie das beschriebene Verfahren vom Spannvorgang der Feder bis zum Schalten des Schalters sind fehleranfällig, be- nötigen viele Bauteile und verursachen durch ihre Komplexität hohe Kosten, wobei durch häufige Richtungsänderungen in der Koppeleinrichtung und durch die vielen Bauteile hohe Verluste bei der Übertragung der Bewegungsenergie entstehen können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung bzw. Reduzierung der zuvor beschriebenen Probleme. Insbesondere ist es Aufgabe eine Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters und ein Verfahren zum kraftschlüssi¬ gen Koppeln und Entkoppeln von Elementen einer Koppeleinrich- tung eines Spanngetriebes für einen Leistungsschalter anzugeben, welche eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, einfach und mit wenig Kostenaufwand realisierbar sind, eine einfache, verlustarme Erzeugung der Bewegung für Leistungsschalter ermöglichen, wobei ein Koppeln und Entkoppeln mit wenig Aufwand und Bewegungsenergieverlusten möglich ist, gesteuert oder geregelt .
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kop¬ peleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum kraftschlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen einer Koppeleinrichtung eines Spanngetriebes für einen Leistungsschalter, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Koppeleinrichtung, gemäß Patentanspruch 11 ge- löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar . Eine erfindungsgemäße Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters umfasst ein erstes rotierbares Ele¬ ment, welches an einer Welle befestigt ist und in Wirkverbin¬ dung mit einem Spannantrieb steht, und ein zweites bewegbares Element zum Spannen einer Feder. Das zweite bewegbare Element ist ausgebildet, über eine kinematische Kette wenigstens ei¬ nen Kontakt eines Leistungsschalters zu schalten. Das erste Element und das zweite Element stehen in einer ersten Positi¬ on in mechanischem Kontakt miteinander für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element, und wenigstens ein Element des ersten und zweiten Elements ist in eine zwei¬ te Position bewegbar, in welcher das erste und zweite Element beabstandet voneinander angeordnet sind und eine Kraftüber¬ tragung zwischen dem ersten und dem zweiten Element unterbrochen ist. Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements ist in die erste und/oder zweite Position durch eine Translationsbewegung bewegbar.
Mit der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung ist ein einfaches Koppeln und Entkoppeln zwischen Motor und Feder möglich, und durch die Translationsbewegung ist nur wenig Aufwand und wenig Energie dafür notwendig. Dies führt zu geringen Kosten und zu einer höheren Zuverlässigkeit gegenüber Koppeleinrichtungen mit z. B. aufwendigen Getrieben, welche eine große Anzahl an Elementen umfassen, insbesondere mit vielen Wellen und Zahnrädern. Es ist eine einfache, verlustarme Erzeugung der Bewegung mit der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung möglich, wobei ein Koppeln und Entkoppeln mit wenig Bewegungsenergieverlust erfolgen kann, geregelt oder gesteuert. Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements kann ein Zahnrad sein oder kann ein Zahnrad umfassen. Insbesondere können das erste und das zweite Element ein Zahnrad sein oder umfassen. Zahnräder ergeben eine einfache, zuverlässige Kraftübertragung zwischen zwei Elementen im Zustand, wo sie ineinander greifen. Die Kraftübertragung kann einfach durch Translationsbewegung getrennt werden, insbesondere durch Translationsbewegung entlang der Rotationsachse der Zahnräder. Dadurch wird eine hohe Zuverlässigkeit beim Kop¬ peln und Entkoppeln erreicht. Das bzw. die Zahnräder können von einem Spanngetriebe umfasst sein, d.h. Teil des Spannge¬ triebes sein. Dadurch wird ein kompakter, einfacher Aufbau ermöglicht.
Ein Element des ersten und zweiten Elements kann ein Spannradritzel sein oder umfassen. Ein Element des ersten und zweiten Elements kann ein Spannrad sein oder umfassen. Das Spannrad kann entlang seines Umfangs eine Verzahnung aufwei¬ sen, welche insbesondere nicht vollständig um den Umfang des Spannrads ausgebildet ist. Mit der Anordnung sind die zuvor beschriebenen Phasen beim Spannen und Schalten einfach und kostengünstig zu realisieren. Ist ein Element ein Spannrad- ritzel und ein Element ein Spannrad, insbesondere ein
Spannrad mit nicht vollständig entlang des Umfangs ausgebil¬ deter Verzahnung, so kann durch eine Lücke in der Verzahnung eine mechanische Entkopplung des Spannrades insbesondere in den Phasen zwei und drei des Spannvorgangs erfolgen. In der ersten Phase sind die Verzahnungen im Eingriff miteinander und in der vierten Phase werden die Verzahnungen wieder in Eingriff gebracht. Dadurch kann das Spannrad ohne Rückwirkung auf das Spanngetriebe in der zweiten Phase beschleunigt wer¬ den und in der dritten Phase treten keine oder nur geringe Verspannungen auf. Der Motor wir in der zweiten Phase von der Spannungsversorgung getrennt und kurzgeschlossen, bis zum Zeitpunkt des Einschaltens am Anfang der vierten Phase.
Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements kann in die erste und/oder zweite Position durch eine Translationsbewegung entlang einer Achse bewegbar sein, insbesondere entlang einer Mittelachse und/oder Rotationsachse des wenigstens einen Elements. Eine Bewegung entlang einer Mit¬ tel- und/oder Rotationsachse ist einfach, mit geringem technischem Aufwand und zuverlässig ausführbar. Ein Verkanten oder Blockieren von z. B. Zahnrädern oder Spannradritzel und Spannrad kann durch Bewegung entlang einer Achse vermieden werden, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit der erfindungsgemä¬ ßen Koppeleinrichtung erreicht wird. Ein einfaches Ineinandergreifen von z. B. Zähnen von Zahnrädern oder Spannradritzel und Spannrad, und ein einfaches Lösen des Ineinandergrei- fens wird selbst bei Bewegung der Elemente möglich durch die Translationsbewegung entlang einer Achse zum Lösen oder Herstellen des Ineinandergreifens .
Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements kann in die erste und/oder zweite Position durch einen Aktua- tor bewegbar sein, insbesondere durch eine Feder, einen Hebel und/oder einen Motor. Die Bewegung kann auch durch Trägheit insbesondere eines Ritzels angeordnet an einer schraubenför¬ migen Verzahnung wenigstens eines Spannrads erfolgen. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Erzeugung und/oder Be¬ reitstellung der für die Translationsbewegung notwendigen Energie möglich.
Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements kann federnd gelagert sein, zum Bewegen in die zweite Positi¬ on und zum Einspuren des ersten und zweiten Elements kraftschlüssig ineinander. Durch die federnde Lagerung wird z. B. bei anlaufendem Motor eine Translationsbewegung und Verzahnung möglich, da im Falle des Aufeinandertreffens von Zähnen beim Einspurvorgang das Zahnrad oder Ritzel in der Stellung verharren kann, bis durch eine erfolgte Weiterdrehung des Ritzels Zahn auf Lücke im anderen Zahnrad oder im Spannrad trifft, und so ein Einspuren einfach und ohne Verkanten möglich wird.
Der Spannantrieb kann einen elektrischen Motor umfassen oder ein elektrischer Motor sein. Elektrische Motoren sind kosten- günstig, gut Steuer- und regelbar sowie einfach und zuverläs¬ sig zu betreiben.
Die Feder kann in Wirkverbindung mit dem zweiten bewegbaren Element sein. Die Feder kann eine Schraubenfeder, eine Drehfeder oder eine Blattfeder sein oder umfassen, insbesondere mit einer Federkonstante zum Schalten eines Kontakts eines Hochspannungs-Leistungsschalters über eine kinematische Ket¬ te. Insbesondere Schraubenfedern, Drehfedern oder Blattfedern können über lange Zeit, zuverlässig Bewegungsenergie spei¬ chern und ohne äußere Energiezufuhr Bewegungsenergie bereit¬ stellen. Sie sind einfach und kostengünstig ausführbar sowie platzsparend anordenbar. Das wenigstens eine, zwischen der ersten und zweiten Position bewegbare Element kann steuerbar oder regelbar sein, insbesondere zwischen der ersten und zweiten Position gesteuert oder geregelt bewegbar sein, zum phasenweisen Steuern oder Regeln der Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element. Dadurch wird eine gezielte, zeitlich bestimmte Bewe¬ gung und Funktion des wenigstens einen, zwischen der ersten und zweiten Position bewegbaren Elements ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum kraftschlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen einer Koppeleinrichtung eines
Spanngetriebes für einen Leistungsschalter, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Koppeleinrichtung, umfasst, dass wenigstens ein Element eines ersten rotierbaren Elements und eines zweiten bewegbaren Elements von einer zweiten Position in eine erste Position bewegt wird und/oder von der ersten in die zweite Position bewegt wird. In der ersten Position besteht für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element ein mechanischer, kraftschlüssiger Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Element. In der zweiten Position ist oder wird das erste und zweite Element beabstandet vonei¬ nander angeordnet, mit unterbrochener Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element. Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements, wird in die erste und/oder in die zweite Position durch eine Translationsbewe¬ gung bewegt . Die Translationsbewegung des wenigstens einen Elements des ersten und zweiten Elements kann entlang einer Achse erfolgen, insbesondere entlang der Mittelachse und/oder Rotationsachse des wenigstens einen Elements.
Es können folgende Schritte zeitlich aufeinanderfolgend er¬ folgen,
eine entspannte oder teilweise gespannte Feder, zum Be¬ wegen wenigstens eines Kontakts eines Leistungsschalters über eine kinematische Kette beim Schalten, wird kraftschlüssig über eine Spannwelle und dem mit der Spannwelle mechanisch insbesondere fest verbundenen zweiten Element, durch Transla¬ tionsbewegung des ersten und/oder zweiten Elements mit dem ersten Element sowie dem Spannantrieb verbunden,
Spannen der Feder durch den Spannantrieb, durch Kraftübertragung vom Spannantrieb über eine Welle, dem mit der Welle verbundenen ersten Element, weiter über das erste und zweite Element sowie über die Spannwelle auf die Feder,
Verklinken insbesondere der Spannwelle über eine
Verklinkungsvorrichtung und Entkoppeln des ersten und zweiten Elements durch Translationsbewegung wenigstens eines Elements des ersten und zweiten Elements.
Nach dem Schritt Entkoppeln bei einem Schaltvorgang des Leistungsschalters kann die Feder entspannt werden. Insbesondere kann die Feder entspannt werden, wenn das wenigstens eine
Element des ersten und zweiten Elements in einer zweiten Position ist, in welcher das erste und zweite Element
beabstandet voneinander angeordnet sind und eine Kraftüber¬ tragung zwischen dem ersten und zweiten Element unterbrochen ist. Ein Spannen der Feder kann über eine Kurbel erfolgen. Das Spannen kann durch Übertragung einer Kraft von der Spannwelle über die Kurbel auf die Feder erfolgen. Ein oberer Totpunkt der Kurbel kann bei kraftschlüssiger Verbindung des ersten und zweiten Elements überwunden werden.
Ein Schalten des Leistungsschalters kann durch Entspannen der Feder und Kraftübertragung von der Feder auf die Schaltwelle erfolgen. Dabei kann die Kraftübertragung über die Kurbel und über weitere Elemente der kinematischen Kette, auf einen Kontakt des Leistungsschalters erfolgen. Das erste und zweite Element können dabei mechanisch entkoppelt und beabstandet sein, und ein unterer Totpunkt der Kurbel, bis zu dem das Schalten erfolgt, kann durch Trägheit oder beim Spannen der Feder überwunden werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kraft¬ schlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen einer Koppeleinrichtung eines Spanngetriebes für einen Leistungsschal- ter, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Koppeleinrichtung, nach Anspruch 11 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters nach Anspruch 1 und umgekehrt. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Koppeleinrichtungen schematisch in den Figuren 1 bis 3 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben, wobei in Figur 3 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Dabei zeigen die
Figur 1 schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe ei¬ nes Leistungsschalters nach dem Stand der Technik, mit Spannantrieb 5 und Feder 6, und Figur 2 schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe der Figur 1, mit einem Ritzel 2 und einem Spannrad 3 mit Lücke in der Verzahnung, Figur 3 schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe mit einer erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung 1, mit translatorisch bewegbarem Ritzel 2 zur Entkopplung des Spannantriebs 5 von der Feder 6. In Figur 1 ist schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters nach dem Stand der Technik darge¬ stellt. Der Leistungsschalter wird beim Schalten durch eine Feder 6 angetrieben, welche die Bewegungsenergie zum Bewegen von elektrischen Kontaktstücken der Kontakte des Leistungs- Schalters speichert. Der Einfachheit halber sind in den Figu¬ ren Kontakte mit Kontaktstücken nicht dargestellt. Beim
Schalten wird eine Verklinkungseinrichtung 10 der Feder gelöst und z. B. durch Expansion der Feder Bewegungsenergie freigesetzt. Elemente der kinematischen Kette des Leistungs- Schalters übertragen die Bewegungsenergie der Feder 6 auf die beweglichen Kontaktstücke des Leistungsschalters, wodurch ein elektrischer Kontakt geöffnet oder geschlossen wird, d.h. der Leistungsschalter schaltet. Für weitere Schaltvorgänge muss nach einem oder mehreren er¬ folgten Schaltvorgängen Bewegungsenergie der Feder 6 wieder zugeführt werden. Die Feder 6 wird z. B. wieder gespannt durch Zusammendrücken der Feder 6. Ein Spannantrieb 5, insbesondere ein elektrischer Motor, erzeugt Bewegungsenergie in Form von Rotation einer Welle 4. Über Getriebeelemente 12 wird die Rotation auf eine Spannwelle 9 übertragen, welche z. B. eine Kurbel 11 antreibt. Die Kurbel 11 ist mit Teilen der kinematischen Kette 7 mechanisch verbunden, z. B. mit einer Antriebsstange. Über die Teile der kinematischen Kette 7 wird die Feder 6 gespannt. Die Kurbel 11 in Verbindung mit den
Teilen der kinematischen Kette 7 wandelt die Rotationsbewe¬ gung der Spannwelle 9 in eine Translationsbewegung z. B. der Antriebsstange um, wodurch die Feder 6 gespannt wird. Die ge¬ spannte Feder 6 wird verklinkt, d. h. die
Verklinkungsvorrichtung 10 blockiert die Bewegung der Teile der kinematischen Kette 7 bis zum Auslösen des nächsten
Schaltvorgangs. Die Bewegungsenergie für den Schaltvorgang ist in der Feder 6 gespeichert.
In Figur 1 sind insbesondere die Elemente der kinematischen Kette 7, der Verklinkungsvorrichtung 10 und des Spannantriebs 5 sowie der Feder 6 nur symbolisch angedeutet. Es können weitere Getriebeelemente 12, wie z. B. unterschiedlich große Zahnräder eines Zahnradgetriebes, zum Umwandeln von Bewe¬ gungsenergie und Kräften verwendet werden sowie ein Freilauf, um den Spannantrieb 5 beim Auslösen des Schaltens nicht zu beschädigen. Ein Verklinken kann über ein Spannrad mit Transportklinke erfolgen und eine Motorsteuerung kann in Verbindung mit Positionsschaltern, wie z. B. einem Motorendlagenschalter erfolgen. Elemente, wie z. B. eine Rücklaufsperre, um ein Rückschwingen der Spannwelle 9 nach einem Einschalt- Vorgang zu verhindern, können verwendet werden sowie Elemente, wie z. B. eine Überholkupplung zum Entkoppeln der Spannwelle 9 vom Spanngetriebe 12 nach dem Spannvorgang und während des Einschaltvorgangs. Der Motor eines Spannantriebs 5 kann elektrisch geregelt oder gesteuert werden, insbesondere durch eine Steuerungseinrichtung, und kann z.B. über Elemente wie eine Motorbremse, insbesondere durch Kurzschluss am Ende des Spannvorgangs, abgebremst werden.
In Figur 2 ist ein Spanngetriebe der Figur 1 schematisch in Schrägansicht dargestellt, zusätzlich mit einer Koppelein¬ richtung 1 zum Entkoppeln des Spannantriebs 5 von Teilen der kinematische Kette 7 und der Feder 6, insbesondere zum Ent¬ koppeln nach dem Spannvorgang und beim Schalten des Leistungsschalters. Die Koppeleinrichtung 1 umfasst ein Ritzel 2 und ein Spannrad 3. Das Spannrad 3 weist entlang seines Um- fangs eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung ent¬ lang des Umfangs des Ritzels 2 Phasenweise in Wirkverbindung steht, d. h. ineinandergreifend angeordnet ist. Die Verzah¬ nung des Ritzels 2 ist auf der Zylindermantelfläche des Rit¬ zels 2 angeordnet und vollständig um den Umfang des Ritzels 2 ausgebildet. Die Verzahnung des Spannrads 3 ist auf der Zy- lindermantelfläche des Spannrads 3 angeordnet und nur teil¬ weise entlang des Umfangs des Spannrads 3 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die Hälfte des Umfangs des Spannrads 3 mit einer Verzahnung versehen, und die andere Hälfte weist die mantelfläche ohne Verzahnung auf.
Beim Spannvorgang der Feder 6, d. h. der zuvor beschriebenen Phase 1, sind die Verzahnungen des Ritzels 2, welches in Wirkverbindung mit Getriebeelementen 12 steht, und des Spannrads 3, welches in Wirkverbindung mit der Spannwelle 9 sowie über Elemente der kinematischen Kette 7 mit der Feder 6 steht, im gegenseitigen Eingriff. Eine Drehbewegung, welche vom Spannantrieb 5, insbesondere von einem elektrischen Mo¬ tor, erzeugt wird, und von Getriebeelementen 12 umgesetzt bzw. übersetzt wird, wird über die Koppeleinrichtung 1, mit Ritzel 2 und Spannwelle 3 in gegenseitigem Eingriff, auf die Spannwelle 9 übertragen, welche über eine Kurbel 11 in Ver¬ bindung mit Teilen der kinematische Kette 7 die Drehbewegung in eine Translationsbewegung umwandelt, welche die Feder 6 spannt .
In den zuvor beschriebenen Phasen 2 und 3, d. h. der Bewegung vom oberen Totpunkt der Kurbel 11 bis zu einer verklinkten Stellung, wobei die Feder 6 vollständig gespannt ist, sowie beim Nachlauf des Spannantriebs 5 und von Getriebeelementen 12, ist durch die Lücke in der Verzahnung des Spannrads 3 das Ritzel 2 und das Spannrad 3 voneinander entkoppelt. Eine Be¬ wegung des Spannantriebs 5 und von Getriebeelementen 12 über die Welle 4 und das Ritzel 2 wird nicht auf die Feder 6 über das Spannrad 5, die Spannwelle 9, die Kurbel 11 sowie Teile einer kinematische Kette 7 übertragen. Bewegungen der Feder 6 sind entkoppelt von Bewegungen des Spannantriebs 5 und umge- kehrt. Ein Beschädigung eines Elements 5, 6 durch die Bewe¬ gung des jeweils anderen Elements 6, 5 wird so verhindert.
Beim Schalten des Leistungsschalters, d. h. der zuvor be- schriebenen Phase 4, kann am Ende des Schaltvorgangs das
Spannrad 3 und das Ritzel 2 mit ihren jeweiligen Zähnen wie¬ der in gegenseitigen Eingriff gebracht werden, oder bei Verwendung z. B. einer Überholkupplung angeordnet in der Spannwelle 9, kann beim Schalten das Spannrad 3 und das Ritzel 2 mit ihren jeweiligen Zähnen in einem Zustand mit gegenseitigem Eingriff sein. Durch eine Überholkupplung, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist, kann beim Schalten das Mitdrehen von Getriebeelementen 12 bei Drehung der Spannwelle 9 verhindert werden.
In der zuvor beschriebenen fünften Phase des Überschwingens nach dem unteren Totpunkt werden Getriebeelementen 12 rückwärts mitgenommen und eine Rücklaufsperre, welche der Ein¬ fachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist, kann ein Rückschwingen der Spannwelle 9 verhindern. Die Rücklauf- sperre kann zwischen Getriebeelementen 12 angeordnet sein und verhindert das Rückswingen der Spannwelle 9 in einem Zustand mit gegenseitigem Eingriff der jeweiligen Zähne des Spannrads 3 und des Ritzels 2.
Durch die zuvor beschriebene Anordnung ist ein Schalten des Leistungsschalters und ein Spannen der Feder 6 ohne Beschädi¬ gung von Elementen 2 bis 5, 7, 9, 11 und 12 möglich. Voraussetzung ist, dass beim Einschalten die Verzahnungen des Rit- zels 2 und des Spannrads 3 in einem Zustand mit gegenseitigem Eingriff sind.
In Figur 3 ist schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe wie in Figur 2 dargestellt, jedoch mit einer erfindungsgemä- ßen Koppeleinrichtung 1. Das Ritzel 2, als das wenigstens ei¬ ne Element des ersten und zweiten Elements, ist
translatorisch bewegbar. Durch die Translationsbewegung des Ritzels 2, bzw. z. B. eines Zahnrads als das wenigstens eine Element, können der Spannantrieb 5 und Getriebeelemente 12 von der Feder 6 und von Teilen der kinematischen Kette 7 entkoppelt werden. Eine gleichzeitige Entkopplung von Getriebe- elementen 12 untereinander kann verhindert werden, z.B. durch längliche Ausbildung von Zahnrädern als Getriebeelemente 12 mit einer Länge größer der Länge der Translationsbewegung. Dadurch können, selbst bei einer Verschiebung der Getriebeelemente 12 über eine Verschiebung der Welle 4 mit dem Ritzel 2, die Getriebeelemente 12 untereinander in Wirkverbindung bzw. Zahnräder in gegenseitigem Eingriff bleiben.
Bei Ausführung des Spannrads 3 als Zahnrad, mit vollständig um den Umfang herum angeordneten Zähnen, d. h. ohne Zahnlü- cken, und bei Ausführung des Ritzels 2 ebenfalls als Zahnrad mit vollständig um den Umfang herum angeordneten Zähnen, erfolgt eine Trennung der mechanischen Verbindung von Spannantrieb 5 und Feder 6 durch Verschiebung des Spannrads 3 und des Ritzels 2 gegeneinander. Das Spannrad 3, insbesondere starr befestigt an der Spannwelle 9, ist mit seiner Rotation¬ sachse, welche der Längsachse der Spannwelle 9 entspricht, parallel zur Rotationsachse des Ritzels 3, welches insbeson¬ dere starr befestigt an der Welle 4 ist und eine Rotation¬ sachse aufweist, welche der Längsachse der Welle 4 ent- spricht, angeordnet. Eine Verschiebung des Spannrads 3 und des Ritzels 2 gegeneinander erfolgt in eine Richtung parallel der Rotationsachse des Spannrads 3 und des Ritzels 2.
Sind die Zähne des Spannrads 3 und des Ritzels 2 gegenseitig ineinandergreifend angeordnet, d. h. steht das Spannrad 3 und das Ritzels 2 in Wirkverbindung miteinander, kann eine Bewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, bzw. eine Kraft über die Wirkverbindung, d. h. die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2 in Wirkverbindung, übertragen wer- den. Wird das Spannrad 3 und/oder das Ritzel 2 entlang der
Rotationsachse translatorisch bewegt bzw. gegeneinander verschoben, dann greifen ab einer Verschiebelänge größer der Di- cke des Spannrads 3 und/oder des Ritzels 2 die Zähne des Spannrads 3 und des Ritzels 2 nicht mehr ineinander. Die Wirkverbindung ist nicht vorhanden und die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2 ist entkoppelt. Eine Bewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, bzw. eine Kraft über die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2, kann nicht übertragen werden. Die mechanische Verbindung von Spannantrieb 5 und Feder 6 ist unterbrochen, beide können unabhängig voneinander Bewegungen erzeugen und übertragen, ohne Rückwir- kung auf das jeweils andere Element bzw. Teil.
Eine translatorische Verschiebung in die Entgegengesetzte Richtung entlang der Rotationsachse um die gleiche Länge wie die Verschiebung zum Entkoppeln, führt zu einem Koppeln des Spannrads 3 mit dem Ritzel 2. Die Zähne des Spannrads 3 und des Ritzels 2 greifen wieder ineinander. Die Wirkverbindung ist wiederhergestellt und die Koppeleinrichtung 1 mit
Spannrad 3 und Ritzels 2 ist im gekoppelten Zustand. Eine Be¬ wegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, bzw. eine Kraft über die Wirkverbindung, d. h. die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2 in Wirkverbindung, kann übertragen werden. Die mechanische Verbindung von Spannantrieb 5 und Fe¬ der 6 ist gegeben und die Feder 6 kann, wie zuvor beschrieben, durch eine vom Spannantrieb 5 erzeugte Rotationsbewe- gung, welche z. B. durch eine Kurbel 11 und Teile einer kine¬ matische Kette 7 in eine Translationsbewegung umgewandelt wird, gespannt werden.
Durch translatorische Verschiebung von Spannrad 3 und Ritzel 2 gegeneinander, geregelt oder gesteuert zu bestimmten Zeitpunkten während oder zwischen den zuvor beschriebenen Phasen, d. h. der Schritte vom Spannvorgang der Feder bis zum Schalten des Schalters, kann mit wenig Aufwand eine mechanische Kopplung und Entkopplung des Spannantriebs 5 und der Getrie- beelemente 12 von der Feder 6 und Teilen der kinematischen
Kette 7 erfolgen. Über die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung 1 ist ein Koppeln und Entkoppeln von Feder 6 und Spannantrieb 5 gezielt, nach Bedarf möglich, ohne großen technischen Aufwand, kostengünstig, mit wenig Energieaufwand und wenig
Platzbedarf durch die translatorische Bewegung von Spannrad 3 und Ritzel 2 gegeneinander. Dabei kann statt Spannrad 3 und Ritzel 2 als erstes und zweites Element 2, 3 ein Zahnradpaar verwendet werden, oder statt Spannrad 3 mit Zähnen entlang des gesamten Spannradumfangs ein Spannrad 3 mit Zähnen in nur einem Bereich des Spannradumfangs , wie in Figur 3 dargestellt ist .
Die translatorische Bewegung des ersten und zweiten Elements 2, 3 gegeneinander kann durch einen Aktuator insbesondere geregelt oder gesteuert erfolgen. Der Einfachheit halber ist in Figur 3 kein Aktuator dargestellt. Als Aktuator kann z.B. ein Linearmotor, insbesondere an Welle 4 und/oder an Spannwelle 9 befestigt, verwendet werden. Die translatorische Bewegung des ersten und zweiten Elements 2, 3 gegeneinander kann alternativ oder zusätzlich durch einen Hebel oder durch Trägheit eines auf einer schraubenförmigen Verzahnung angeordneten Rit- zels 2 bei z. B. Motorlauf des Spannantriebs 5 erfolgen. Es können für die translatorische Bewegung des ersten und zwei¬ ten Elements 2, 3 gegeneinander auch Elemente wie z. B. Rückstellfedern verwendet werden oder eine zwangsweise Führung des Ritzels 2. Die Steuerung oder Regeleung des Kraftschluss zwischen Spannantrieb 5 und Feder 6 kann über die erfindungs¬ gemäße Koppeleinrichtung mit einfachen Mitteln realisiert werden, wobei ein Nachlauf z. B. eines Motors des Spannan¬ triebs 5 bei getrenntem Kraftschluss unkritisch ist, und an die Drehmoment-Drehzahlcharakteristik des Motors nur geringe Ansprüche gestellt werden müssen. Dies erlaubt die Verwendung kostengünstiger Motoren für den Spannantrieb 5.
Die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung 1 kann Teil der Ge¬ triebeelemente 12 sein. So kann ein Zahnradpaar der Getriebe- elemente 12 relativ zueinander translatorich verschiebbar angeordnet sein. Dazu kann ein Zahnrad oder beide Zahnräder insbesondere geregelt oder gesteuert gegeneinander entlang ihrer Rotationsachse verschoben werden, zum Koppeln in eine räumliche Position mit ineinandergreifenden Zähnen der zwei Zahnräder, und zum Entkoppeln in eine Position mit nicht ineinandergreifenden Zähnen der zwei Zahnräder.
Die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung 1 kann im Kraft- bzw. Bewegungsfluß zwischen den Getriebeelementen 12 und der
Verklinkungsvorrichtung 10 oder der Spannwelle 9 angeordnet sein. Bei Verwendung eines Spannrads 3 und eines Ritzels 2 mit vollständig um den jeweiligen Umfang angeordneten Zähnen, wobei im gekoppelten Zustand die Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3 eingreifen und kraftschlüssig aufeinan¬ der wirken, und im entkoppelten Zustand die Zähne des Ritzels 2 räumlich entfernt und ohne Kraftschluss mit den Zähnen des Spannrads 3 angeordnet sind, kann z. B. das Ritzel 2
translatorisch verschiebar entlang seiner Rotationsachse angeordnet sein. Vor dem Spannvorgang wird das Ritzel 2 axial verschoben und mit dem Spannrad 3 in Eingriff gebracht. Während des Spannvorgangs, d. h. in Phase 1, wird so eine Kraft- Übertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite gewährleistet. In oder am Ende der Phase 2 wird das Ritzel z. B. durch einen Aktuator zurückbewegt, in eine Position ohne Eingriff der Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3. Die Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite ist un¬ terbrochen. Dadurch ist in den Phasen 3 bis 5 die Kraftübertragung bzw. Wechselwirkung zwischen Spannantrieb 5 und Ge- triebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite unterbrochen.
Alternativ können in Phase 2 die Zähne des Ritzels 2 mit den Zähnen des Spannrads 3 im Eingriff bleiben, wodurch Getriebe- elemente 12 und Spannantrieb 5 durch ihre Trägheit die Be¬ schleunigung der Spannwelle 9 durch die Feder 6 verringern. Der elektrische Motor des Spannantriebs 5 kann kurzgeschlos- sen werden, um eine weitere Bremswirkung zu erzeugen. Im verklinkten Zustand, d. h. in oder am Ende der Phase 3 wird das Ritzel 2 translatorisch entlang seiner Rotationsachse in die Position ohne Eingriff der Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3 bewegt. Die Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite ist unterbrochen. Dadurch ist in den Phasen 4 und 5, insbesondere beim Schalten des Leistungsschalters, die Kraftübertragung bzw. Wechselwirkung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeele¬ menten 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Fe¬ der 6 auf der anderen Seite unterbrochen.
Bei Verwendung eines Ritzels 2 mit vollständig um den jewei- ligen Umfang angeordneten Zähnen und eines Spannrads 3 mit
Zähnen in nur einem Bereich des Umfangs, wobei im gekoppelten Zustand die Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3 eingreifen und kraftschlüssig aufeinander wirken, und im entkoppelten Zustand die Zähne des Ritzels 2 räumlich entfernt und ohne Kraftschluss mit den Zähnen des Spannrads 3 angeord¬ net sind, kann zusätzlich z. B. das Ritzel 2 translatorisch verschiebar entlang seiner Rotationsachse angeordnet sein. Vor dem Spannvorgang wird das Ritzel 2 axial verschoben und mit den Zähnen des Spannrads 3 in Eingriff gebracht. Während des Spannvorgangs, d. h. in Phase 1, bewegen sich die Zähne des Ritzels 2 im Bereich mit Zähnen des Spannrads 3 und eine Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite bleibt gewährleistet. In Phase 2 kommt das Ritzel 2 durch eine Ausnehmung in der Verzahnung des
Spannrads 3 entlang seines Umfangs außer Eingriff, d. h. die Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite ist unterbrochen. In Phase 3 können der Motor des Spannantriebs 5 und Getriebeelemente 12 ohne Wir¬ kung auf die Spannwelle 9 und die Feder 6 auslaufen, ohne dass das Ritzel 2 translatorisch entlang seiner Rotationsach- se bewegt wurde, d. h. ohne dass das Ritzel 2 vom Spannrad 3 entfernt zurückgezogen ist. Das Ritzel 2 wird in Phase 3 oder während des Einschaltens in Phase 4 translatorisch entlang seiner Rotationsachse in die Position ohne Eingriff der Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3 bewegt, d. h. vom Spannrad 3 wegbewegt. Die Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite ist un¬ terbrochen, selbst wenn bei der Schaltbewegung des Leistungs- Schalters die Spannwelle 9 in eine Position bewegt wird, bei welcher die Zähne des Ritzels 2 in die Zähne der Spannwelle 9 eingreifen könnten. Der Abstand des Ritzels vom Spannrad 3 macht ein Eingreifen unmöglich. Dadurch ist beim Schalten des Leistungsschalters die Kraftübertragung bzw. Wechselwirkung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite zu jeder Zeit des Schaltens unterbrochen.
Das Ritzel 2 kann über ein federndes Element verschoben wer- den, bei gleichzeitig anlaufendem Motor des Spannantriebs 5. Bei einem Aufeinandertreffen der Zähne des Ritzels 2 und des Spannrads 3 beim Einspurvorgang verharrt das Ritzel 2 in der Position, bis durch die erfolgte Weiterdrehung des Ritzels 2 Zahn auf Lücke trifft, und ein Einspruren möglich ist. Dabei kann der Motoranlauf, z. B. durch Verwendung einer Schaltung mit Vorwiderstand, langsam erfolgen, um ein schonendes
Einspuren durch langsamen Motorlauf zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Ritzel 2 auf einer schraubenförmigen Verzahnung angeordnet sein und über ein federndes Ele- ment verschoben werden. Dieses kann beim Verschieben gedreht werden und im Falle des Aufeinandertreffens der Zähne von Ritzel 2 und Spannrad 3 beim Einspurvorgang, verharrt das Ritzel in seiner Stellung bis durch die erfolgte Weiterdre¬ hung des Ritzels 2 Zahn auf Lücke trifft und ein Einspuren möglich ist. Erst nach dem vollständigen Einspuren läuft der Motor mit Verzögerung an. Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können unterei¬ nander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. verschiedene Arten von Spannantrieben 5 verwendet werden. Es können elektrische Motoren oder vorgespannte Federn mit hoher Federkraft verwendet werden. Eine lineare Führung von Teilen der kinematischen Kette 7, wie z. B. einer Antriebsstange, kann in Form einer Schiene oder eines Hohlrohres an oder um die Antriebsstange angeordnet sein. Die Führung führt die Antriebsstange linear auch bei Kippkräften, welche durch die Kurbel bei deren Dre¬ hung erzeugt werden. Die Feder 6 kann eine Ein- und/oder Ausschaltfeder des Leistungsschalters sein.
Bezugs zeichenliste
1 Koppeleinrichtung
2 erstes Element, insbesondere Ritzel
3 zweites Element, insbesondere Spannrad
4 Welle des ersten Elements
5 Spannantrieb, insbesondere Motor
6 Feder, z. B. Spannfeder zum Antreiben wenigstens eines Kontakts eines Leistungsschalters
7 Teil einer kinematische Kette zum Schalten wenigstens eines Kontakts eines Leistungsschalters
8 Bewegungsachse mit Bewegungsrichtungen der Translations¬ bewegung
9 Spannwelle
10 Verklinkungsvorrichtung
11 Kurbel
12 Getriebeelemente

Claims

Patentansprüche
1. Koppeleinrichtung (1) für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters, mit einem ersten rotierbaren Element (2), welches an einer Welle (4) befestigt ist und in Wirkverbin¬ dung mit einem Spannantrieb (5) steht, und mit einem zweiten bewegbaren Element (3) zum Spannen einer Feder (6), welches ausgebildet ist über eine kinematische Kette (7) wenigstens einen Kontakt eines Leistungsschalters zu schalten, wobei das erste Element (2) und das zweite Element (3) in einer ersten Position in mechanischem Kontakt miteinander stehen für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) , und wobei wenigstens ein Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) in eine zweite Position bewegbar ist, in wel- eher das erste und zweite Element (2, 3) beabstandet vonei¬ nander angeordnet sind und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) unterbrochen ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder zweite Position durch eine
Translationsbewegung bewegbar ist.
2. Koppeleinrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) ein Zahnrad ist oder umfasst, insbesondere dass das erste und zweite Element (2, 3) ein Zahnrad ist oder umfasst, insbesondere umfasst von einem Spanngetriebe. 3. Koppeleinrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) ein Spannradritzel ist oder umfasst und/oder ein Element des ersten und zweiten Elements (2,
3) ein Spannrad ist oder umfasst.
4. Koppeleinrichtung nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Spannrad entlang eines Umfangs eine Verzahnung aufweist, welche insbesondere nicht vollständig um den Umfang des
Spannrads ausgebildet ist.
5. Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder zweite Position durch eine
Translationsbewegung entlang einer Achse, insbesondere ent- lang einer Mittelachse und/oder Rotationsachse des wenigstens einen Elements bewegbar ist.
6. Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder zweite Position durch einen Ak- tuator bewegbar ist, insbesondere durch eine Feder, einen Hebel und/oder einen Motor, und/oder durch Trägheit insbesondere eines Ritzels angeordnet an einer schraubenförmigen Ver- zahnung wenigstens eines Spannrads.
7. Koppeleinrichtung nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) federnd gelagert ist zum Bewegen in die zweite Positi¬ on und zum Einspuren des ersten und zweiten Elements (2, 3) kraftschlüssig ineinander.
8. Koppeleinrichtung 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, dass
der Spannantrieb (5) einen elektrischen Motor umfasst oder ein elektrischer Motor ist.
9. Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Feder (6) in Wirkverbindung mit dem zweiten bewegbaren Element (3) ist und eine Schraubenfeder, eine Drehfeder oder eine Blattfeder umfasst oder ist, insbesondere mit einer Fe¬ derkonstante zum Schalten eines Kontakts eines Hochspannungs- Leistungsschalters über eine kinematische Kette.
10. Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das wenigstens eine, zwischen der ersten und zweiten Position bewegbare Element steuerbar oder regelbar ist, insbesondere zwischen der ersten und zweiten Position gesteuert oder gere- gelt bewegbar ist zum phasenweisen Steuern oder Regeln der
Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) .
11. Verfahren zum kraftschlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen (2, 3) einer Koppeleinrichtung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eines Spanngetriebes für einen Leistungsschalter, bei welchem wenigstens ein Element eines ersten rotierbaren Elements (2) und eines zweiten bewegbaren Elements (3) von einer zweiten Position, in wel- eher das erste und zweite Element (2, 3) beabstandet vonei¬ nander angeordnet werden, mit unterbrochener Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3), in eine erste Position bewegt wird, mit mechanischem, kraftschlüssigem Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3), und/oder bei welchem das wenigstens eine Element des ers¬ ten und zweiten Elements (2, 3) von der ersten in die zweite Position bewegt wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das wenigstens eine Element des ersten und des zweiten Ele¬ ments (2, 3) in die erste und/oder in die zweite Position durch eine Translationsbewegung bewegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Translationsbewegung des wenigstens einen Elements des ersten und zweiten Elements (2, 3) entlang einer Achse, ins- besondere entlang der Mittelachse und/oder Rotationsachse des wenigstens einen Elements erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
zeitlich aufeinanderfolgend die Schritte erfolgen:
eine entspannte oder teilweise gespannte Feder (6) zum Bewegen wenigstens eines Kontakts eines Leistungsschalters über eine kinematische Kette (7) beim Schalten, wird kraft- schlüssig über eine Spannwelle (9), dem mit der Spannwelle
(9) mechanisch insbesondere fest verbundenen zweiten Element (3) durch Translationsbewegung des ersten und/oder zweiten Elements (2, 3) mit dem ersten Element (2) und dem Spannantrieb (5) verbunden,
- Spannen der Feder (6) durch den Spannantrieb (5) durch Kraftübertragung über insbesondere eine Welle (4), verbunden mit dem ersten Element (2), über das erste und zweite Element (2, 3) sowie über die Spannwelle (9) auf die Feder (6),
Verklinken insbesondere der Spannwelle (9) über eine Verklinkungsvorrichtung (10) und Entkoppeln des ersten und zweiten Elements (2, 3) durch Translationsbewegung wenigstens eines Elements des ersten und zweiten Elements (2, 3) .
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
nach dem Schritt Entkoppeln bei einem Schaltvorgang des Leistungsschalters die Feder (6) entspannt wird, insbesondere in einer zweiten Position des wenigstens einen Elements des ers¬ ten und zweiten Elements (2, 3), in welcher das erste und zweite Element (2, 3) beabstandet voneinander angeordnet wer¬ den und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) unterbrochen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein Spannen der Feder (6) über eine Kurbel (11) erfolgt, durch Übertragung einer Kraft von der Spannwelle (9) über die Kurbel (11) auf die Feder (6), insbesondere mit einem oberen Totpunkt der Kurbel (11), welcher bei kraftschlüssiger Ver¬ bindung des ersten und zweiten Elements (2, 3) überwunden wird .
15. Verfahren nach Anspruch 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein Schalten des Leistungsschalters durch Entspannen der Feder (6) und Kraftübertragung von der Feder (6) auf die
Schaltwelle (9), insbesondere über die Kurbel (11), und über weitere Elemente der kinematischen Kette (7) auf einen Kontakt des Leistungsschalters erfolgt, bei mechanisch entkop¬ peltem, beabstandetem ersten und zweiten Element (2, 3), insbesondere mit einem unteren Totpunkt der Kurbel (11), bis zu dem das Schalten erfolgt und/oder welcher durch Trägheit oder beim Spannen der Feder (6) überwunden wird.
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