ANTRIEB FÜR EINEN TRENNSCHALTER MIT C O-SCHALTVERMÖGEN

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Trennschalter mit C und O-Schaltvermögen mit einem als Schaltkontakt dienenden Schaltstift und mit einem elektromotorisch betriebenen Spindeltrieb mit einer Spindelmutter.

Ein Trennschalter ist ein elektrischer Hochspannungsschalter mit geringem Stromschaltvermögen für Hochspannungsanlagen. Üblicherweise weist er einen Schaltfehlerschutz auf, der ein irrtümliches Öffnen und Schließen unter Last verhindert. Bei einem Trennvorgang unter Last würde ein Trennschalter aufgrund des dabei auftretenden Lichtbogens zerstört werden.

Aus der EP 1 993 115 A1 ist ein Trennschalter bekannt, bei dem ein beweglicher Teil und ein stationärer Teil in Kontakt miteinander gebracht bzw. wieder voneinander getrennt werden können, indem eine Druckfeder auf den beweglichen Teil wirkt.

Die US 2006/0006143 A1 offenbart einen Erdungsschalter für eine Mittelspannungsschaltanlage, bei dem ebenfalls Druckfedern zum Einsatz kommen.

In der DE 10 98 071 B wird ein Lasttrennschalter mit Sprungschaltung der Schalterwelle beschrieben, der eine Zugfeder enthält.

C und O-Schaltvermögen bedeutet, dass der so bezeichnete Schalter, im vorliegenden Fall ein Trennschalter, innerhalb einer C- oder O-Schaltung ein zu spezifizierendes Schaltvermögen bereitstellt. Dieses Schaltvermögen wird von der Schaltgeschwindigkeit bestimmt.

Nun zurück zum eigentlichen Trennschalter, der, wie bereits erläutert, ein als elektrischer Hochspannungsschalter mit eingeschränktem Stromschaltvermögen für Hochspannungsanlagen oder Hochspannungsschaltanlagen zum Einsatz kommt. Für die Trennung der elektrischen Verbindung unter Last sind Leistungsschalter oder Lasttrennschalter mit hohem Stromschaltvermögen erforderlich, welche im Regelfall mit dem Trennschalter in Reihenschaltung kombiniert werden.

Demgemäß werden Trennschalter entsprechend ihrer Bestimmung zwar ausschließlich bei geöffneten Leistungsschaltern betätigt, jedoch sind durch die Steuerkapazitäten über die Schaltstrecken der Leistungsschalter so die Kapazität der angeschlossenen Netzteile die mit diesen Kapazitäten verbundenen Ausgleichsströme ein- beziehungsweise auszuschalten.

Insoweit sind Trennschalter für ein Mindestschaltvermögen ausgelegt, damit beim Schalten von kapazitiven Strömen der Sammelschienen, induktiven Strömen von leer laufenden Transformatoren und auch beim Sammelschienenwechsel die Lichtbogenkontakte der Stiftkontakte des Trennschalters nicht oder zumindest nicht zu rasch verschleißen, zumal durch das wechselfrequente Abreißen des Lichtbogens transiente Überspannungen erzeugt werden, welche das Zustandekommen von Lichtbögen begünstigen.

Die Schaltzeit eines herkömmlichen Motorantriebes für den Trennschalter beträgt ca. 1 Sekunde, die Schaltgeschwindigkeit liegt bei ca. 0,1 m/s. Bedingt durch die Zeitdauer des Lichtbogens beim Schalten von kapazitiven Strömen der Sammelschienen, induktiven Strömen von leer laufenden Transformatoren und auch beim Sammelschienenwechsel (bus current transfer switching) kommt es zum Verschleiß der Lichtbogenkontakte der Trennerstifte. Aus diesen Gründen kann bislang speziell das Schalten von leer laufenden Transformatoren nur mit einem schnellen Leistungsschalter (Trafofeld) erfolgen.

Andererseits kann ein schneller Trennschalter infolge seiner sehr kurzen Lichtbogenzeiten diesen Nachteil vermeiden und ist somit bei richtiger Auslegung für das Schalten von leer laufenden Transformatoren geeignet. Er ersetzt somit einen Leistungsschalter.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Trennschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der hinsichtlich seines Schaltverhaltens im Sinne einer schnellen Schaltfähigkeit optimiert ist und auf einfache Weise und mit wenig Aufwand herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Demgemäß ist vorgesehen, dass ein von einer Druckfeder belastetes und um einen ortsfesten Drehpunkt schwenkbares Stellelement vorgesehen ist, welches von der Spindelmutter beaufschlagt ist, wobei das Stellelement seinerseits mit einer Stellvorrichtung zusammenarbeitet, welche den Schaltstift betätigt.

Vorteilhafterweise ist beim erfindungsgemäßen Antrieb vorgesehen, dass das Stellelement mit der Druckfeder gelenkig verbunden ist, wobei die Druckfeder von einem Federpaket gebildet ist, das bistabil gelagert ist.

Die Druckfeder ist an der dem Anlenkpunkt des Stellelements gegenüberliegenden Seite ortsfest gelagert.

Hierdurch ist eine Anordnung geschaffen, welche mit Hilfe der der Druckfeder eigenen Federkraft eine Schwenkbewegung des Stellelements um seinen ortsfesten Drehpunkt bewirkt, sobald das Stellelement von der Spindelmutter beaufschlagt und aus seiner aktuellen Lage entfernt wird, indem es die entgegengesetzte der beiden stabilen Positionen einnimmt.

Eine Stirnfläche der Stellscheibe beziehungsweise des Stellzylinders ist mit wenigstens einem von dem Stellelement beaufschlagbaren, exzentrisch angeordneten Stellbolzen versehen zwecks Drehbetätigung der Stellscheibe beziehungsweise des Stellzylinders.

Hierzu beaufschlagt das Stellelement, welches als Doppelschaltgabel ausgebildet ist, also mit zwei Schaltgabeln versehen ist, wobei die Spindelmutter in eine erste Schaltgabel eingreift und diese je nach Bewegung des zugeordneten Spindeltriebs entsprechend betätigt, und eine zweite Schaltgabel wenigstens einen der auf der einen Stirnfläche der Stellscheibe beziehungsweise des Stellzylinders exzentrisch angeordneten Stellbolzen beaufschlagt und hierdurch die Stellscheibe beziehungsweise den Stellzylinder in Drehung versetzt.

Vorteilhafterweise ist der erfindungsgemäße Antrieb dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder eine Federkraft aufweist, welche die C- oder O-Schaltfähigkeit des Antriebs gewährleistet.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist die Stellvorrichtung von einer Stellscheibe oder einem Stellzylinder gebildet, deren beziehungsweise dessen Umfangsfläche sich mit einer Stellwelle zur Betätigung des Schaltstiftes im Eingriff befindet, vorzugsweise mittels formschlüssigen Eingriffs.

Die erfindungsgemäße Konstruktion betrifft einen schnell laufenden Trennschalterantrieb nach dem Sprungfederprinzip. In den Endlagen (EIN und AUS) wird der Kontaktstift durch die Restspannung der Federn sicher gehalten. Die Schalthandlung wird über das motorisch angetriebene Spindelgetriebe eingeleitet. Während der Trennerstift zunächst in Ruhe bleibt, wird die Feder bereits in Richtung instabile Mittellage gespannt und das Stellelement legt sich an die Schaltwelle an.

Nachdem dieser Berührungskontakt hergestellt ist, entspannt sich die Feder aus der metastabilen Mittellage in die entsprechende stabile Endlage, in welcher der Trennschalter geöffnet ist. Der Drehwinkel der von der Schaltgabel beaufschlagten Stellvorrichtung beträgt ca. 80° bis 100°. Die Umsetzung auf größere Drehwinkel von zum Beispiel 286° beziehungsweise 306° kann mittels eines Vorgeleges realisiert werden.

Somit bestehen beste Voraussetzungen, den erfindungsgemäßen schnellen Trennschalterantrieb, insbesondere wegen der vorhandenen Drehdurchführung der Trennschalter, an bestehende Trennschalter anzukoppeln.

Diese und weitere vorteilhafte Merkmale sowie Vorteile und Verbesserungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Anhand eines in der beigefügten Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1

eine Schemaskizze des erfindungsgemäßen Antriebes in metastabiler Mittellage,

Fig. 2

eine Schemaskizze des erfindungsgemäßen Antriebes in stabiler erster Endlage und

Fig. 3

eine Schemaskizze des erfindungsgemäßen Antriebes in stabiler zweiter Endlage.

In Fig. 1 ist eine Schemaskizze eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Antriebs 10 gezeigt, der ein Stellelement 12, eine Druckfeder 14, eine Stellvorrichtung 16 und einen Spindeltrieb 18 mit daran befindlicher Spindelmutter 20 aufweist.

Das Stellelement 12 weist seinerseits eine an ein Flanschteil 22 anschließende Doppelschaltgabel 24 mit einer ersten und einer zweiten Schaltgabel 26, 28 auf, wobei das Stellelement 12 um einen ortsfest im Flanschteil 22 angeordneten Drehpunkt 30 schwenkbar ist.

Ferner ist das der Doppelschaltgabel 24 abgewandte Ende des Flanschteiles 22 in einem gemeinsamen Gelenk 32 mit der Druckfeder 14 gelenkig verbunden. Die Druckfeder 14 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Federpaket ausgebildet und in einer zylindrischen Hülse 34 angeordnet, welche an ihrem dem Stellelement 12 zugewandten Ende das gemeinsame Drehgelenk 32 aufweist, während das entgegengesetzte Ende der Hülse 34 um einen ortsfesten Drehpunkt 36 schwenkbar gelagert ist.

Die in der Doppelschaltgabel 24 des Stellelements 12 vereinigten Schaltgabeln 26, 28 sind benachbart aber nicht gleichgerichtet, das heißt, ihre Gabelöffnungen weisen nicht in die gleiche Richtung sondern ihre Ausrichtung ist um 90° zueinander versetzt.

Während die Gabelöffnung 27 der ersten Schaltgabel 26 in Richtung der Verlängerung der Verbindungslinie des Drehgelenks 32 mit dem ortsfesten Drehpunkt 30 im Flanschteil 22 auf die Stellvorrichtung 16 weist, ist die Gabelöffnung 29 der zweiten Schaltgabel 28 senkrecht oder in einem anderen Winkel hierzu in Richtung auf den bereits erwähnten Spindeltrieb 18 mit der Spindelmutter 20 angeordnet.

Die Stellvorrichtung 16 ist von einem Kreiszylinder 38 gebildet, der um eine Mittelachse 40 drehbar abgeordnet ist, welche die Verlängerung der Verbindungslinie des Drehgelenks 32 mit dem ortsfesten Drehpunkt 30 im Flanschteil 22 auf die Stellvorrichtung 16 senkrecht schneidet, das heißt senkrecht aus der Zeichenebene heraustritt.

An seiner parallel zur Zeichenebene verlaufenden, dem Stellelement 12 benachbarten Stirnfläche 42 ist ein Schaltbolzen 44 angebracht, der zum wechselweisen Eingriff mit der ersten Schaltgabel 26 dient, welche ihn abhängig von der Beaufschlagung des Stellelements 12 einerseits durch die Druckfeder 14 und andererseits durch die Spindelmutter 20 aus der in Fig. 1 gezeigten in Bezug auf die Druckfeder 14 metastabilen Mittellage jeweils in eine von zwei stabilen Endlagen bewegt, wodurch die Stellvorrichtung 16, das heißt der Kreiszylinder entsprechend verdreht wird.

Mit der Stellvorrichtung 16 im Eingriff ist eine hierzu achsparallel angeordnete Schaltwelle 46, welche in nicht näher gezeigter Weise den zugeordneten Schaltkontakt des ebenfalls nicht näher gezeigten Trennschalters betätigt.

In Fig. 2 ist das in Fig. 1 gezeigte und vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebs für einen Trennschalter in Schließstellung des nicht näher gezeigten Schaltkontaktes wiedergegeben. Die Druckfeder 14 befindet sich in dieser Schaltstellung in einer ihrer beiden stabilen Endlagen, welche durch Abwärtsbewegung der Spindelmutter 20 eingeleitet wurde.

Ferner ist gut zu erkennen, dass das zwischen dem Stellelement 12 sowie der Druckfeder 14 befindliche Drehgelenk 32 sich in dieser Stellung aus der durch die Verbindungslinie des Drehpunktes 30 im Stellelement 12 mit dem Schwenkpunkt 36 der Druckfeder 14 gebildeten Geraden seitlich, das heißt nach links, entfernt hat, wodurch die erste Schaltgabel 26 den Schaltbolzen 44 der Stellvorrichtung 16 nach rechts beaufschlagt. Hierdurch wird wiederum die Schaltwelle 46 in entgegengesetzter Drehrichtung verdreht.

In Fig. 3 ist das in Fig. 1 gezeigte und vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebs für einen Trennschalter in Schließstellung des nicht näher gezeigten Schaltkontaktes wiedergegeben. Die Druckfeder 14 befindet sich in dieser Schaltstellung in einer ihrer beiden stabilen Endlagen, welche durch Aufwärtsbewegung der Spindelmutter 20 eingeleitet wurde.

Ferner ist gut zu erkennen, dass das zwischen dem Stellelement 12 sowie der Druckfeder 14 befindliche Drehgelenk 32 sich in dieser Stellung aus der durch die Verbindungslinie des Drehpunktes 30 im Stellelement 12 mit dem Schwenkpunkt 36 der Druckfeder 14 gebildeten Geraden seitlich, das heißt nach rechts, entfernt hat, wodurch die erste Schaltgabel 26 den Schaltbolzen 44 der Stellvorrichtung 16 nach links beaufschlagt. Hierdurch wird wiederum die Schaltwelle 46 in entgegengesetzter Drehrichtung verdreht.

Bezugszeichenliste

10

Antrieb

12

Stellelement

14

Druckfeder

16

Stellvorrichtung

18

Spindeltrieb

20

Spindelmutter

22

Flanschteil

24

Doppelschaltgabel

26

erste Schaltgabel

27

erste Gabelöffnung

28

zweite Schaltgabel

29

zweite Gabelöffnung

30

Drehpunkt

32

Drehgelenk

34

Hülse

36

Schwenkpunkt

38

Kreiszylinder

40

Mittelachse

42

Stirnfläche

44

Schaltbolzen

46

Schaltwelle