WO2020200567A1 - Antriebsaggregat, antriebssystem und stromunterbrechersystem - Google Patents

Antriebsaggregat, antriebssystem und stromunterbrechersystem Download PDF

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WO2020200567A1
WO2020200567A1 PCT/EP2020/054047 EP2020054047W WO2020200567A1 WO 2020200567 A1 WO2020200567 A1 WO 2020200567A1 EP 2020054047 W EP2020054047 W EP 2020054047W WO 2020200567 A1 WO2020200567 A1 WO 2020200567A1
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WO
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drive
drive shaft
spring
drive unit
designed
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PCT/EP2020/054047
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Paul Gregor Nikolic
Sylvio Kosse
Norbert Kellner
Klaus Dennerlein
Christian Schacherer
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01H3/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
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    • H01H3/46—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using rod or lever linkage, e.g. toggle

Definitions

  • the invention relates to a drive unit according to the Oberbe handle of claim 1, a drive system according to Pa tent claims 10 and a circuit breaker system according to Pa tent claims 12.
  • So-called short-circuit breakers are defined for fault clearance in high and extra-high voltage networks, i.e. for voltages over 110 kilovolts in overhead lines. If a short circuit is caused, for example, by a falling tree, a falling branch or a large bird, the short circuit current is interrupted within a very short time by the switch. The circuit breaker switches off in a time of approx. 300 milliseconds and thus separates the area in which the short circuit occurs from the entire network. Since such short circuits often regenerate themselves, for example because the element generating the short circuit has burned out, the circuit breaker is closed again after a defined time, which is usually less than one second. If it is determined that the short circuit no longer occurs, the circuit breaker remains closed.
  • the switch must be opened again in a very short time, also in approx. 300 milliseconds, in order to prevent further damage to the network. This opening then remains stationary for the time being until the cause is eliminated manually.
  • Such a functionality which usually corresponds to the requirements of the network operator, is called open-close-open functionality, or O-C-O for short.
  • the object of the invention is to provide a drive unit gat, a drive system and an interrupter unit for a high-voltage application, which has the open-close-open functionality, and has a technically less complex drive kinematics compared to the prior art.
  • the drive unit according to the invention for an electrical interrupter unit has a drive spring and a tensioning device, the drive spring being in mechanical connection with a drive shaft.
  • the invention is characterized in that the drive spring is designed in the form of a spiral spring, and is arranged concentrically on the drive shaft.
  • the spiral spring arranged on the shaft leads to a rotational movement of the drive shaft, which is transferred to other shafts suitable for the required open -Close-open functionality of the electrical interrupter unit with a unidirectional rotary movement.
  • the fact that the spiral spring itself always generates a unidirectional rotary movement by being arranged on the drive shaft leads to the fact that, in addition to a technically uncomplicated construction space-saving design, in the further drive system only a small amount of technical effort is required to implement this 0 — C — 0 functionality.
  • a technically less complex release device is vorgese hen, which has a release hook that is in operative engagement with a locking device arranged on the drive shaft.
  • the locking device is a disk which has a recess in which the release hook hooks, the drive can be released very safely and at high speed with little energy, little technical effort.
  • a braking device can be provided, which is arranged on the drive shaft, which is used to control the Drehbewe supply of the drive shaft and the requirements that relate to the switching process of the electrical interrupter unit to dose specifically.
  • the braking device is designed in the form of a piezoelectric element. This piezoelectric element is preferably ring-shaped and is rotationally symmetrical on the drive shaft, so that the friction on the drive shaft and thus the braking function and the acceleration function can be controlled by applying an electric current to the piezoelectric element.
  • the spiral spring can have a variable spring constant over its length.
  • This measure can also be used to influence the rotary movement, the acceleration or the braking of the drive shaft. This measure can support or replace the effect of the braking element.
  • the Spannvor direction is designed in the form of a gear that is mounted on the drive shaft and is mechanically engaged with a further tensioning gear. In this way, after a triggering process of the drive unit, the spiral spring or the spiral spring element can be reopened and put under tension.
  • Another component of the invention is a drive system according to claim 10, which in addition to a drive unit, according to one of the preceding claims, additionally has a cure belwelle, wherein the drive shaft of the drive unit is mechanically connected to the crankshaft. Since the crankshaft can be a direct extension of the drive shaft to, these two shafts can be made in one piece.
  • the drive shaft and crankshaft can also be connected to one another in a form-fitting or material fit.
  • the crankshaft is used in particular to convert the unidirectional rotary movement of the drive shaft, which is generated by the spiral spring, into a translational movement for moving a moving contact of the interrupter unit.
  • the crankshaft is preferably provided with at least one crank on which a crank pin is attached, which describes a circular movement about an axis of rotation of the crankshaft when the crankshaft rotates.
  • Another component of the invention is a power interruption system comprising a drive system according to one of claims 10 or 11. This is characterized in that at least one interrupter unit is provided which is mechanically connected to the crankshaft.
  • a deflection device between the crank pin and a contact pin of a travel contact of the interrupter unit is provided for converting the rotational movement of the crankshaft into a trans latatory movement of the moving contact.
  • This deflection device is advantageously designed in the form of a connecting rod.
  • the interrupter unit is designed in the form of a vacuum circuit breaker.
  • Figure 1 shows a drive unit with a package of Spiralfe countries
  • FIG. 2 shows a circuit breaker system with a drive unit with spiral springs, a crankshaft and an interrupter unit.
  • a drive unit 2 which is used to drive or trigger an electrical interrupter unit 4, as shown by way of example in FIG.
  • the drive assembly 2 according to FIG. 1 comprises a spring assembly 14 which has a plurality of drive springs 6 which are designed in the form of spiral springs 12.
  • the spiral springs 12, summarized the spring assembly 14, are arranged on a drive shaft 10, so that the spiral springs 12 close around the drive shaft essentially in a rotationally symmetrical manner.
  • a release device 16 is provided which comprises a release hook 18 which engages in a recess 24 of a locking device 20, which is designed in the form of a disk 22.
  • the disk 22 is also essentially rotationally symmetrical on the drive shaft 10. brought.
  • the release device 16 is an exemplary embodiment, in particular using a release hook 18 and a recess 24 in the locking device 20.
  • a large number of alternative embodiments are fundamentally appropriate, but the combination of the release hook 18 with the recess 24 is structurally very simple and leads to a very rapid triggering when a signal, not shown here, arrives at the actuating triggering device 16.
  • a braking device 26 in the form of a piezoelectric element 28 is arranged concentrically on the drive shaft 10.
  • the piezoelectric element 28 is used to control the acceleration or deceleration of a Rotationsbewe supply 40 or rotary movement 40 of the drive shaft 10 to kontrol.
  • by applying an electric current to the piezoelectric element 28 can be controlled very well ge by the rotationally symmetrical arrangement on the drive shaft 10.
  • the spiral spring 12 or the individual spiral springs 12 of the Federpa ketes 14 have different spring constants over their length, which can also affect the acceleration or deceleration of the movement 40 of the drive shaft 10.
  • the drive unit 2 has a tensioning device 8 which comprises a gear wheel 30 which is arranged on the drive shaft 10 and which also includes a tensioning gear 32 which is in engagement with the gear 30 and by moving the tensioning gear 32 the spring assembly 14 after a Release process can be tensioned again.
  • a tensioning device 8 which comprises a gear wheel 30 which is arranged on the drive shaft 10 and which also includes a tensioning gear 32 which is in engagement with the gear 30 and by moving the tensioning gear 32 the spring assembly 14 after a Release process can be tensioned again.
  • the advantage of the drive unit 2 described is, in particular, that a unidirectional rotational movement of the drive shaft 10 is induced by the spiral spring 12 or the spiral spring package 14, and a technically inexhaustible and thus inexpensive drive unit 2 is provided for an interrupter unit 4.
  • the rotational movement 40 of the drive shaft 10 can be transmitted to the crankshaft 34, which in turn results in a translational movement of a moving contact 48 of the interrupter unit 4 through a suitable deflection device.
  • crankshaft 34 includes a plurality of cranks 36 and crank pins 38, which via a deflection device, configured here in the form of connecting rods 52, a translational movement 62 of the moving contact 48 wir ken. It is particularly advantageous that a plurality of interrupter units 4 can be arranged on a crankshaft 34, so that, for example, three phases of a current transmission via three interrupter units 4 can only be operated with one drive system 44.
  • the interrupter unit 4 is preferably a vacuum circuit breaker 54, which has a housing 58 in which both the moving contact 48 and a fixed contact 56, which is in contact with the moving contact 48 in a closed position of the circuit breaker 54, is attached is arranged.
  • the housing 58 encloses a vacuum space 60 in which the two contacts 48 and 56 are arranged.
  • the release hook 18 is released from the recess 24 within a few milliseconds, in particular less than 50 ms, the spiral springs 12 of the spring pack 14 inducing the rotary movement 40, the cranks 36 are also set in motion along the arrow provided with 40 and the crank pin 38 describes a circular movement about an axis of rotation 42 of the crankshaft 34 or the drive shaft 10.
  • the unidirectional rotary movement 40 is only stopped again when the release hook 18 engages in a further recess 24 ′ in the disk 22.
  • the drive shaft 10 and the crankshaft 34 have completed a movement of 180 °.
  • the The contact pin 46 is moved upward along the arrow 62, where the contacts 48 and 56 open. In this way, all three phases are interrupted by an interrupter unit 4 each.
  • the release hook 18 or, in general, the release device 16 will be released again, so that there is a further 180 ° rotation along the axis of rotation 42 in the direction of the arrow 40, the release device, locked again in the recess 24 by the release hook 18, for example.
  • the circuit breaker system remains open until further notice, until the cause of the short circuit has been eliminated.
  • the rotational movement 40 of the crankshaft 34 or the movement of the drive shaft 10 of the drive unit 2 is influenced accordingly.
  • the braking device 26 which is designed in this embodiment in the form of the rotationally symmetrical around the drive shaft 10 arranged piezoelectric element, is provided. By controlling the electrical current that is applied to the piezoelectric element 28 is present, the friction that this rotationally symmetrical element causes on the drive shaft 10 can be controlled, which affects the rotational speed of the drive shaft 10 and the crankshaft 34.
  • crankshaft 34 can be braked in a targeted manner just before the two contacts 48 and 56 meet. In the opposite case, this is also useful when the contacts 48 and 56 are opened.
  • This braking or acceleration effect can also be supported in that the spiral springs 12 of the spring assembly 14 have different springs hardening along their length. Both measures can be linked to one another or replace one another.

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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für eine elektrische Unterbrechereinheit (4), das eine Antriebsfeder (6) und eine Spannvorrichtung (8) umfasst, wobei die Antriebsfeder (6) in mechanischer Verbindung mit einer Antriebswelle (10) steht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebsfeder (6) in Form einer Spiralfeder (12) ausgestaltet ist und konzentrisch auf der Antriebswelle (10) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Antriebsaggregat, Antriebssystem und Stromunterbrechersystem
Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1, ein Antriebssystem nach Pa tentanspruch 10 sowie ein Stromunterbrechersystem nach Pa tentanspruch 12.
Für die Fehlerklärung in Hoch- und Höchstspannungsnetzen, al so bei Spannungen über 110 Kilovolt in Freileitungen sind so genannte Kurzunterbrecher definiert. Sollte ein Kurzschluss beispielsweise durch einen umfallenden Baum, einen herabfal lenden Ast oder durch einen großen Vogel hervorgerufen wer den, kommt es innerhalb von kürzester Zeit durch den Schalter zu einer Unterbrechung des Kurzschlussstromes. Der Leistungs schalter schaltet dabei in einer Zeit von ca. 300 Millisekun den ab und trennt somit den Bereich, in dem der Kurzschluss auftritt, vom gesamten Netz. Da sich derartige Kurzschlüsse häufig selbst regenerieren, da beispielsweise das den Kurz schluss erzeugende Element abgebrannt ist, wird nach einer definierten Zeit, die in der Regel weniger als eine Sekunde beträgt, der Leistungsschalter wieder geschlossen. Wird dabei festgestellt, dass der Kurzschluss nicht mehr auftritt, bleibt der Leistungsschalter geschlossen. Sollte der Kurz schluss immer noch bestehen, muss in sehr kurzer Zeit, also ebenfalls in ca. 300 Millisekunden, der Schalter wieder ge öffnet werden, um weitere Schäden am Netz zu verhindern. Die se Öffnung bleibt dann vorerst stationär, bis die Ursache ma nuell behoben ist. Eine derartige Funktionalität, die in der Regel den Vorgaben des Netzbetreibers entspricht, nennt man Open-Close-Open-Funktionalität, abgekürzt O-C-O.
Herkömmliche Leistungsschalter im Hochspannungsnetz haben für diese O-C-O-Funktionalität Federspeicherantriebe, durch die ein Ein- und wieder Ausschalten realisiert werden kann. Dabei wird bei der Schalthandlung jeweils ein Federspeicher ausge löst und der andere Federspeicher im Gegenzug gespannt. Bei der nächsten Schalthandlung wird dieser Auslöse-Spannvorgang umgekehrt. Diese Bauart ist zwar weit etabliert, ihre Umset zung bedarf jedoch jeweils eines relativ hohen mechanischen Aufwandes. Außerdem ist der Auslösemechanismus für jede Öff- nungs- bzw. Schließhandlung technisch komplex.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Antriebsaggre gat, ein Antriebssystem sowie eine Unterbrechereinheit für eine Hochspannungsanwendung bereitzustellen, das die Open- Close-Open-Funktionalität aufweist, und dabei gegenüber dem Stand der Technik ein technisch weniger aufwendiges An triebskinematik aufweist.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Antriebsaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, in einem Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie in einem Stro munterbrechersystem nach Patentanspruch 12.
Das erfindungsgemäße Antriebsaggregat für eine elektrische Unterbrechereinheit weist eine Antriebsfeder und eine Spann vorrichtung auf, wobei die Antriebsfeder in mechanischer Ver bindung mit einer Antriebswelle steht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebsfeder in Form einer Spi ralfeder ausgestaltet ist, und dabei konzentrisch auf der An triebswelle angeordnet ist.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem zwei Spiralfedern translatorische Bewegungen vollziehen und sich dabei spannen und sich gegenseitig wieder entspannen, führt die auf der Welle angeordnete Spiralfeder zu einer Rotationsbewegung der Antriebswelle, die übertragen auf weitere Wellen dafür geeig net ist, die geforderte Open-Close-Open Funktionalität der elektrischen Unterbrechereinheit mit einer unidirektionalen Drehbewegung zu vollziehen. Insbesondere die Tatsache, dass die Spiralfeder von sich aus stets eine unidirektionale Dreh bewegung erzeugt, indem sie auf der Antriebswelle angeordnet ist, führt dazu, dass neben einer technisch unaufwendigen Bauraum sparenden Bauweise auch im weiteren Antriebssystem nur ein geringer technischer Aufwand für die Umsetzung dieser 0—C—0 Funktionalität erforderlich ist.
Grundsätzlich ist es zweckmäßig, um den Energieeintrag der verwendeten Spiralfeder zu dosieren, mehrere Federn, insbe sondere ein Federpaket von Spiralfedern für den Antrieb ein zusetzen .
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist eine technisch wenig aufwendige Auslösevorrichtung vorgese hen, die einen Auslösehaken aufweist, der im Wirkeingriff mit einer auf der Antriebswelle angeordneten Sperrvorrichtung steht. Insbesondere, wenn es sich bei der Sperrvorrichtung um eine Scheibe handelt, die eine Aussparung aufweist, in der der Auslösehaken einhakt, ist ein Auslösen des Antriebes mit wenig Energie, mit geringem technischem Aufwand sehr sicher und in hoher Geschwindigkeit möglich.
Ferner kann eine Bremsvorrichtung vorgesehen sein, die an der Antriebswelle angeordnet ist, die dazu dient, die Drehbewe gung der Antriebswelle zu kontrollieren und den Anforderun gen, die den Schaltvorgang der elektrischen Unterbrecherein heit betreffen, konkret zu dosieren. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist dabei die Bremsvorrichtung in Form ei nes piezoelektrischen Elementes ausgestaltet. Dieses piezoe lektrische Element ist dabei bevorzugt ringförmig ausgestal tet und rotationssymmetrisch auf der Antriebswelle angeord net, sodass durch Anlegen eines elektrischen Stromes an dem piezoelektrischen Element die Reibung auf die Antriebswelle und somit die Bremsfunktion als auch die Beschleunigungsfunk tion gesteuert werden können.
Alternativ zu der beschriebenen Bremsfunktion bzw. ergänzend hierzu kann die Spiralfeder über ihre Länge eine variable Fe derkonstante aufweisen. Durch diese Maßnahme kann ebenfalls auf die Drehbewegung, die Beschleunigung bzw. das Abbremsen der Antriebswelle Einfluss genommen werden. Diese Maßnahme kann die Wirkung des Bremselementes unterstützen oder erset zen .
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Spannvor richtung in Form eines Zahnrades ausgestaltet, das auf der Antriebswelle angebracht ist und mit einem weiteren Spann zahnrad mechanisch im Eingriff steht. Auf diese Weise kann nach einem Auslösevorgang des Antriebsaggregats die Spiralfe der bzw. das Spiralfederelement erneut aufgezogen und unter Spannung gesetzt werden.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Antriebssystem gemäß Patentanspruch 10, das neben einem Antriebsaggregat, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich eine Kur belwelle aufweist, wobei die Antriebswelle des Antriebsaggre gates mit der Kurbelwelle mechanisch in Verbindung steht. Da bei kann die Kurbelwelle eine direkte Verlängerung der An triebswelle sein, wobei diese beiden Wellen einstückig ausge staltet sein können. Antriebswelle und Kurbelwelle können auch formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Die Kurbelwelle dient insbesondere dazu, die unidirek- tionale Drehbewegung der Antriebswelle, die durch die Spiral feder erzeugt wird, in eine translatorische Bewegung zur Be wegung eines Bewegkontaktes der Unterbrechereinheit umzuwan deln. Dabei ist die Kurbelwelle bevorzugt mindestens mit ei ner Kurbel versehen, an der ein Kurbelzapfen angebracht ist, der bei einer Drehbewegung der Kurbelwelle eine Kreisbewegung um eine Drehachse der Kurbelwelle beschreibt.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Stromunterbre chersystem umfassend ein Antriebssystem nach einem der An sprüche 10 oder 11. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Unterbrechereinheit vorgesehen ist, die mit der Kurbelwelle mechanisch in Verbindung steht.
Bei diesem Stromunterbrechersystem ist es vorteilhaft, dass zwischen dem Kurbelzapfen und einem Kontaktbolzen eines Be wegkontaktes der Unterbrechereinheit eine Umlenkvorrichtung zur Wandlung der Drehbewegung der Kurbelwelle in eine trans latorische Bewegung des Bewegkontaktes vorgesehen ist. Diese Umlenkvorrichtung ist dabei in vorteilhafter Weise in Form eines Pleuels ausgestaltet.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Unterbrechereinheit in Form eines Vakuumleistungsschalters ausgestaltet .
Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merk male werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Da bei handelt es sich um schematische Ausgestaltungsformen, die die Erfindung skizzieren sollen, aber keine Einschränkung des Schutzbereiches darstellen.
Dabei zeigen
Figur 1 ein Antriebsaggregat mit einem Paket von Spiralfe dern und
Figur 2 ein Stromunterbrechersystem mit einem Antriebsag gregat mit Spiralfedern, einer Kurbelwelle und ei ner Unterbrechereinheit.
In Figur 1 ist ein Antriebsaggregat 2 dargestellt, das zum Antrieb bzw. zur Auslösung einer elektrischen Unterbrecher einheit 4 dient, wie sie exemplarisch in Figur 2 dargestellt ist. Das Antriebsaggregat 2 gemäß Figur 1 umfasst dabei ein Federpaket 14, das eine Mehrzahl von Antriebsfedern 6 auf weist, die in Form von Spiralfedern 12 ausgestaltet sind. Die Spiralfedern 12, zusammengefasst das Federpaket 14 sind auf einer Antriebswelle 10 angeordnet, sodass die Spiralfedern 12 die Antriebswelle im Wesentlichen rotationssymmetrisch um schließen. Ferner ist eine Auslösevorrichtung 16 vorgesehen, die einen Auslösehaken 18 umfasst, der in eine Aussparung 24 einer Sperrvorrichtung 20, die in Form einer Scheibe 22 aus gestaltet ist, eingreift. Die Scheibe 22 ist ebenfalls auf der Antriebswelle 10 im Wesentlichen rotationssymmetrisch an- gebracht. Bei der Auslösevorrichtung 16 handelt es sich hier bei um eine exemplarische Ausgestaltungsform, insbesondere unter Verwendung eines Auslösehakens 18 und einer Aussparung 24 in der Sperrvorrichtung 20. Hierzu sind eine Vielzahl al ternativer Ausgestaltungsformen grundsätzlich zweckmäßig, die Kombination des Auslösehakens 18 mit der Aussparung 24 ist jedoch konstruktiv sehr einfach zu gestalten und führt zu ei ner sehr schnellen Auslösung bei Eintreffen eines hier nicht dargestellten Signales an der aktuatorisch wirkenden Auslöse vorrichtung 16.
Ferner ist noch eine Bremsvorrichtung 26 in Form eines piezo elektrischen Elementes 28 konzentrisch auf der Antriebswelle 10 angeordnet. Das piezoelektrische Element 28 dient dazu, die Beschleunigung bzw. die Abbremsung einer Rotationsbewe gung 40 bzw. Drehbewegung 40 der Antriebswelle 10 zu kontrol lieren. Insbesondere durch Anlegen eines elektrischen Stromes an das piezoelektrische Element 28 kann durch die rotations symmetrische Anordnung auf der Antriebswelle 10 sehr gut ge steuert werden. Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die Spi ralfeder 12 bzw. die einzelne Spiralfedern 12 des Federpa ketes 14 auf ihre Länge unterschiedliche Federkonstanten auf weisen, was ebenfalls die Beschleunigung bzw. die Abbremsung der Bewegung 40 der Antriebswelle 10 beeinflussen kann.
Ferner weist das Antriebsaggregat 2 eine Spannvorrichtung 8 auf, die ein Zahnrad 30 umfasst, das auf der Antriebswelle 10 angeordnet ist und die ebenfalls ein Spannzahnrad 32 umfasst, das mit dem Zahnrad 30 in Eingriff steht und durch Bewegung des Spannzahnrades 32 das Federpaket 14 nach einem Auslöse- vorgang erneut gespannt werden kann.
Der Vorteil des beschriebenen Antriebsaggregats 2 besteht insbesondere darin, dass durch die Spiralfeder 12 bzw. das Spiralfederpaket 14 eine unidirektionale Drehbewegung der An triebswelle 10 induziert wird, und dabei ein technisch unauf wendiges und somit kostengünstiges Antriebsaggregat 2 für ei ne Unterbrechereinheit 4 bereitgestellt ist. Insbesondere in Kombination mit einer Kurbelwelle 34, wie sie in Figur 2 dar gestellt ist, kann die Drehbewegung 40 der Antriebswelle 10 auf die Kurbelwelle 34 übertragen werden, was wiederum durch eine geeignete Umlenkvorrichtung in einer translatorischen Bewegung eines Bewegkontaktes 48 der Unterbrechereinheit 4 resultiert. Ebenfalls ein Vorteil des Antriebssystems 44, das das Antriebsaggregat 2 sowie die Kurbelwelle 34 umfasst, be steht darin, dass die Kurbelwelle 34 mehrere Kurbeln 36 sowie Kurbelzapfen 38 umfasst, die über eine Umlenkvorrichtung, ausgestaltet hier in diesem Beispiel in Form von Pleueln 52, eine translatorische Bewegung 62 des Bewegkontaktes 48 bewir ken. Von Vorteil ist dabei insbesondere, dass an eine Kurbel welle 34 eine Mehrzahl von Unterbrechereinheiten 4 angeordnet werden können, sodass beispielsweise drei Phasen einer Strom übertragung über drei Unterbrechereinheiten 4 jedoch nur mit einem Antriebssystem 44 betrieben werden können.
Bei der Unterbrechereinheit 4 handelt es sich bevorzugt um einen Vakuumleistungsschalter 54, der ein Gehäuse 58 auf weist, in dem sowohl der Bewegkontakt 48 als auch ein Fest kontakt 56, der mit dem Bewegkontakt 48 in einer geschlosse nen Stellung des Leistungsschalters 54 kontaktiert ist, ange ordnet ist. Das Gehäuse 58 umschließt dabei einen Vakuumraum 60, in dem die beiden Kontakte 48 und 56 angeordnet sind.
In einem Kurzschlussfall des Stromnetzes ergeht ein Signal an die Auslösevorrichtung 16, der Auslösehaken 18 wird innerhalb von wenigen Millisekunden, insbesondere weniger als 50 ms aus der Aussparung 24 gelöst, wobei die Spiralfedern 12 des Fe derpaketes 14 die Drehbewegung 40 induzieren, wobei die Kur beln 36 ebenfalls entlang des mit 40 versehenen Pfeiles in Bewegung gesetzt werden und die Kurbelzapfen 38 eine Kreisbe wegung um eine Drehachse 42 der Kurbelwelle 34 bzw. der An triebswelle 10 beschreiben. Die unidirektionale Drehbewegung 40 wird erst dann wieder gestoppt, wenn der Auslösehaken 18 in eine weitere Aussparung 24' in der Scheibe 22 eingreift. Bis dahin hat die Antriebswelle 10 und die Kurbelwelle 34 ei ne Bewegung um 180° vollzogen. In diesem Fall hat sich der Kontaktbolzen 46 entlang des Pfeiles 62 nach oben bewegt, wo bei es zum Öffnen der Kontakte 48 und 56 kommt. Auf diese Art und Weise werden alle drei Phasen durch jeweils eine Unter brechereinheit 4 unterbrochen.
Diese 180° Drehung und das Unterbrechen der Kontakte 48 und 56 würden einen einfachen Ausschaltevorgang der Unterbrecher einheit darstellen. Bei der sogenannten Open-Close-Open Funk tionalität würde der Auslösehaken 18 nicht bei einer 180° Be wegung in die Aussparung 24 ' eingreifen, sondern es würde zu einer 360° Bewegung entlang der Drehachse 42 kommen, die ein Öffnen und ein erneutes Schließen in die Position der Figur 2 zur Folge hätte. Der Auslösehaken 18 würde erneut in die Aus sparung 24 eingreifen, es würde überprüft werden, ob die Ur sache für den Kurzschluss im Netz noch vorliegt. Wenn dies nicht der Fall ist, bleibt der Auslösehaken 18 in der Ausspa rung 24 stehen, es wird das Antriebsaggregat 2 nicht erneut ausgelöst. Sollte der Grund für den Kurzschluss noch vorlie gen, wird der Auslösehaken 18 bzw. in allgemeiner Form die Auslösevorrichtung 16 erneut ausgelöst werden, sodass es um eine weitere 180° Drehung entlang der Drehachse 42 in Rich tung des Pfeiles 40 kommt, wobei die Auslösevorrichtung, bei spielsweise durch den Auslösehaken 18 in die Aussparung 24 erneut arretiert. In diesem Fall bleibt dann das Stromunter brechersystem bis auf Weiteres, bis die Ursache des Kurz schlusses beseitigt ist, geöffnet.
Insbesondere bei der Anwendung von Vakuumleistungsschaltern 54 kann es beim Schließen der Kontakte 48 und 56 zu einem Prellvorgang kommen, wenn der Bewegkontakt 48 zu schnell auf den Festkontakt 56 trifft. Daher ist es zweckmäßig, dass die Drehbewegung 40 der Kurbelwelle 34 bzw. die Bewegung der An triebswelle 10 des Antriebsaggregates 2 entsprechend beein flusst wird. Hierfür ist die Bremsvorrichtung 26, die in die ser Ausgestaltungsform in Form des rotationssymmetrisch um die Antriebswelle 10 angeordnete piezoelektrische Element ausgestaltet ist, vorgesehen. Durch eine Steuerung des elektrischen Stromes, der an dem piezoelektrischen Element 28 anliegt, kann die Reibung die dieses rotationssymmetrische Element auf die Antriebswelle 10 verursacht, gesteuert wer den, was sich auf die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 10 und der Kurbelwelle 34 auswirkt. Somit kann gezielt die Kurbelwelle 34 abgebremst werden, kurz bevor die beiden Kon takte 48 und 56 aufeinandertreffen . Im umgekehrten Fall ist dies auch gelegentlich beim Öffnen der Kontakte 48 und 56 zweckmäßig. Diese Brems- bzw. Beschleunigungswirkung kann auch noch unterstützt werden, indem die Spiralfedern 12 des Federpaketes 14 entlang ihrer Länge unterschiedliche Feder härten aufweisen. Beide Maßnahmen können miteinander ver knüpft werden bzw. sich gegenseitig ersetzen.
Bezugs zeichenliste
2 Antriebsaggregat
4 Unterbrechereinheit
6 Antriebsfeder
8 Spannvorrichtung
10 Antriebswelle
12 Spiralfeder
14 Federpaket
16 Auslösevorrichtung
18 Auslösehaken
20 Sperrvorrichtung
22 Scheibe
24 Aussparung
26 Bremsvorrichtung
28 piezoelektrisches Element
30 Zahnrad
32 Spannzahnrad
34 Kurbelwelle
36 Kurbel
38 Kurbelzapfen
40 Kreisbewegung
42 Drehachse
44 Antriebssystem
46 Kontaktbolzen
48 Bewegkontakt
50 Umlenkvorrichtung
52 Pleuel
54 Vakuumleistungsschalter
56 Testkontakt
58 Gehäuse
60 Vakuumraum
62 translatorische Bewegung

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsaggregat für eine elektrische Unterbrechereinheit (4), das eine Antriebsfeder (6) und eine Spannvorrichtung (8) umfasst, wobei die Antriebsfeder (6) in mechanischer Verbin dung mit einer Antriebswelle (10) steht, dadurch gekennzeich net, dass die Antriebsfeder (6) in Form einer Spiralfeder (12) ausgestaltet ist und konzentrisch auf der Antriebswelle (10) angeordnet ist.
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (12) in Form eines Federpaketes (14) ausgestaltet ist, das mindestens zwei Spiralfedern (12) um fasst .
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass das Antriebsaggregat (2) eine Auslösevorrich tung (16) umfasst, die einen Auslösehaken (18) aufweist, der im Wirkeingriff mit einer auf der Antriebswelle (10) angeord neten Sperrvorrichtung (20) steht.
4. Antriebsaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung (20) in Form einer auf der An triebswelle (10) angeordneten Scheibe (22) ausgestaltet ist, die eine Aussparung (24) zur Aufnahme des Auslösehakens (18) aufweist .
5. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsvorrichtung (26) an der Antriebswelle (10) vorgesehen ist.
6. Antriebsaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (26) in Form eines piezoelektri schen Elements (28) ausgestaltet ist.
7. Antriebsaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (26) in Form eines ringförmigen piezoelektrischen Elements (28) ausgestaltet ist, das rotati onssymmetrisch auf der Antriebswelle (10) angeordnet ist.
8. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (12) über ihre Länge eine variable Federkonstante aufweist.
9. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (8) in Form eines auf der Antriebswelle (10) angebrachten Zahnrades (30) ausgestaltet ist, das mit einem weiteren Spannzahnrad (32) in mechanischem Eingriff steht.
10. Antriebssystem umfassend ein Antriebsaggregat (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (10) mit einer Kurbelwelle (34) mechanisch in Verbindung steht.
11. Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle mindestens eine Kurbel (36) aufweist, an der ein Kurbelzapfen (38) angebracht ist, der bei einer Dreh bewegung der Kurbelwelle (34) eine Kreisbewegung (40) um eine Drehachse (42) beschreibt.
12. Stromunterbrechersystem umfassend ein Antriebssystem (44) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Unterbrechereinheit (4) vorgesehen ist, die mit der Kurbelwelle (34) mechanisch in Verbindung steht.
13. Stromunterbrechersystem nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen dem Kurbelzapfen (38) und einem Kon taktbolzen (46) eines Bewegkontaktes (48) der Unterbrecher einheit (4) eine Umlenkvorrichtung (50) zur Wandlung der Drehbewegung der Kurbelwelle (34) in eine translatorische Be wegung des Bewegkontaktes (48) vorgesehen ist.
14. Stromunterbrechersystem nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (50) in Form eines Pleu els (52) ausgestaltet ist.
15. Stromunterbrechereinheit nach einem der Ansprüche 12 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechereinheit (4) ein Vakuumleistungsschalter (54) ist.
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