PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3726739C2 11.03.1993
Titel Kontaktdruckerzeugungseinrichtung für Vakuumschalter
Anmelder Slamecka, Ernst, Prof. Dr.techn.habil., 1000 Berlin, DE
Erfinder Slamecka, Ernst, Prof. Dr.techn.habil., 1000 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 07.08.1987
DE-Aktenzeichen 3726739
Offenlegungstag 03.03.1988
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.03.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.03.1993
IPC-Hauptklasse H01H 1/50
IPC-Nebenklasse H01H 3/46   H01H 33/66   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckes zwischen den geschlossenen Kontaktstücken eines Vakuumschalters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Anwendungsgebiet liegt bei Vakuumschaltern für Mittel- und Hochspannungsnetze.

Stand der Technik

Eine Kontaktdruckerzeugungseinrichtung für Vakuumschalter, die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 am nächsten kommt, ist durch die etz, Bd. 106 (1985), Heft 10, Seiten 506/7, Bild 7, bekannt. Bei der bekannten Einrichtung überträgt eine Kniehebelanordnung als Teil eines Schaltergetriebes die Kraft eines nicht dargestellten Schalterantriebs auf eine mit der Kniehebelanordnung zeitweilig durch Berührungskopplung verbundene, als einarmiger Hebel wirkende Stange.

Diese Stange ist an der einen Seite drehbar gelagert und an der anderen Seite mit einer Zugfeder gelenkig verbunden.

Der erste mechanische Kontakt des Hebelknies mit der Hebelstange findet offenbar zu Beginn des Einschaltvorganges in nächster Nähe des Hebel-Drehpunktes statt. Wegen des an dieser Stelle großen, sich aus der Drehmomentengleichung für den Hebel ergebenden Übersetzungsverhältnisses, vollzieht sich dieser erste Kontakt stoßartig, was eine Beanspruchung sowohl für den Antrieb als auch für das bewegbare Schaltstück bedeutet.

Im weiteren Verlauf des Einschaltvorganges entfernt sich der Berührungspunkt des Hebelknies auf der Hebelstange von deren Drehlager, wobei er das Kontaktstück in die Einschaltstellung bewegt. Sobald der bewegbare Kontakt den feststehenden berührt, läßt die weitere Gleitbewegung des Hebelknies auf der Hebelstange deren federseitiges Ende einen Kreisbogen beschreiben, wobei die Schraubenfeder durch Zug gespannt wird. In der Endstellung der Kniehebelanordnung hat die Federkraft den Höchstwert erreicht. Dieser Kraftwert wird mit dem an dieser Stelle vorhandenen Übersetzungsverhältnis auf das Schaltstück übertragen. Wegen der erheblich größeren Entfernung des Hebelknies vom Hebeldrehpunkt ist dieses Übersetzungsverhältnis gegenüber seinem Wert zu Beginn der Berührungskopplung entsprechend kleiner. Mit dem Spannen der Zugfeder verkleinern sich also das Übersetzungsverhältnis und damit auch die Auswirkung der Federkraft.

In konstruktiver Hinsicht handelt es sich bei der aus Schraubenfeder und Federkraft-Obersetzungshebel mit den notwendigen Befestigungs- Lagerungs- und Sicherungsteilen bestehenden Kontaktdruckerzeugungseinrichtung um eine relativ vielteilige Baugruppe, die einen entsprechend großen Raumbedarf hat.

Eine Kontaktdruckerzeugungseinrichtung, bei der in einem System gelenkig verbundener Bauteile als Bauteil, das eine Kontaktkraftfeder durch Berührungskopplung spannt, die Federkraft aber nicht selbst an ein bewegbares Kontaktstück überträgt, eine Kurvenscheibe verwendet wird, ist durch die DE 27 02 962 A1 bekannt. Die Kontaktkraftfeder ist durch eine Schraubenfeder dargestellt, für deren spannbare Anordnung zusätzliche Bauteile und zusätzlicher Einbauraum benötigt werden. Die Federcharakteristik ändert sich während des Spannvorganges nicht. Wenn bei hoher Endkraft der Spannvorgang weich einsetzen soll, ist dies nur durch einen entsprechend verlängerten Federweg zu erreichen.

Durch die DE 33 00 979 A1 ist es bekannt, eine aus einer Anordnung von je einer Schraubenfeder und je einem Kraftübertragungs- und Spannsystem bestehende Mechanik für die Kontaktdruckerzeugung bei einem Vakuumschalter mit zwei mechanisch und elektrisch in Reihe geschalteten Vakuumschaltröhren zu verwenden und zu diesem Zweck in ein gemeinsames Gehäuse einzubauen. Naturgemäß erhöht sich dabei die Zahl der bereits für einen einfach unterbrechenden Vakuumschalter benötigten Mechanikbauteile weiter und auch der Raumbedarf für die Mechanik nimmt weiter zu. Die Charakteristik der einzelnen Kontaktdruckfedern bleibt während des Apannvorganges unverändert. Ein weiches Einsetzen des Spannvorganges bei hoher Feder-Endkraft ist daher auch hier an einen entsprechend verlängerten Federweg gebunden.

In der US-PS 31 80 960 wird zusätzlich zu einer Schraubenfeder als Kontaktdruckerzeugungsmittel eine Blattfeder verwendet. Mit der Blattfeder soll beim Einschalten nach der Kontaktberührung zur Unterdrückung von Kontprellen in Verbindung mit einer Mechanik und einem besonders geformten Stromleiterbolzen die Kraft der Schraubenfeder transient verstärkt werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktdruckerzeugungseinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie mit weniger Bauteilen und mit einem kleineren Raumbedarf hergestellt werden kann und daß sie eine für die Kontaktdruckerzeugung besser geeignete Kraft-Weg-Charakteristik besitzt.

Lösung der Aufgabe und erzielbare Vorteileile

Die vorstehend angeführte Aufgabe löst die Erfindung mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln. Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Mittel wird die Erfindung erfolgreich weitergebildet.

Die Erfindung nutzt eine Blattfederanordnung in folgender Weise:

  • a) Eine Blattfeder ist einseitig eingespannt; ihre Länge kann so bemessen sein, daß im eingeschalteten Zustand des Vakuumschalters das Federblatt der Druckstelle eines Hebelsystems zur Auflage dient.
  • b) Während eines Einschaltvorganges bewegt sich die Druckstelle durch die Einwirkung eines Schalterantriebs auf der Blattfederoberfläche in Richtung auf den Einspannort, wobei ein Bauteil des Hebelsystems den bewegbaren Kontakt mit dem feststehenden in Berührung bringt.
  • c) Nach der Kontaktberührung spannt das Hebelsystem die Blattfeder, wobei durch einen kurzen Federweg ein hoher Kontaktdruck entsteht.


Diese Beschreibung wesentlicher Konstruktions- und Funktionsmerkmale der Erfindung läßt bereits die Vorteile gegenüber dem nächstkommenden Stand der Technik offensichtlich werden:

  • a) Weitgehend stoßfreie Übertragung der Antriebskraft auf das bewegbare Schaltstück.
  • b) Die Federkraft wird auf einem relativ sehr kurzen Federweg erzeugt und nimmt gegen dessen Ende stark zu, was auch Kontaktprellen unterdrückt.
  • c) Die Anzahl der Bauteile für die Kontaktdruckerzeugung mit Hilfe einer Blattfederanordnung ist gegenüber dem nächstkommenden Stand der Technik offensichtlich kleiner.

Ausführungsbeispiele

Die zugehörigen, anschließend angeführten Figuren zeigen folgendes:

Fig. 1 Vakuumschaltkammer mit Kontaktdruckerzeugungseinrichtung in ausgeschaltetem Zustand.

Fig. 2 Anschlag und Führungsplatte.

Fig. 3 Vakuumschaltkammer mit Kontaktdruckerzeugungseinrichtung in eingeschaltetem Zustand.

Fig. 4 Kontaktdruckerzeugungseinrichtung für zwei in Reihe geschaltete Vakuumschaltkammern.

In der teilweise geschnittenen Vakuumschaltkammer 1, Fig. 1, sieht man den bewegbaren Kontaktkörper 3 gegenüber dem feststehenden Kontaktkörper 2 mit den zugehörigen Stromleiterbolzen 5 bzw. 4 im ausgeschalteten Zustand. Der Stromübergang vom bewegbaren Stromleiterbolzen auf den feststehenden Stromleitkörper 6 mit dem daran angeordneten Stromanschluß 7 erfolgt im Inneren des Durchführungsisolators 9. An dem daher nicht sichtbaren Ende des Stromleiterbolzens ist die Verlängerung 10 angeordnet; sie reicht durch eine Führungs-Bohrung in das Gehäuse 22. Darin befindet sich die Kontaktdruckerzeugungseinrichtung 12, zu der u. a. der Koppelstab 13 gehört.

An einem Ende ist dieser Stab durch den Bolzen 14 gelenkig mit der Verlängerung 10 verbunden; am anderen Ende ist der Lagerbolzen 15 durchgesteckt als Lager für je eine Rolle 16 zu beiden Seiten des Flachstabs. Die Gabel 17 an der Antriebsstange 19 umfaßt die Rollenanordnung von außen. Beim Schalten laufen die Rollen über die schief in der Gehäuserückwand eingespannte Blattfeder 20 . Das Gehäuse ist an einer nicht dargestellten Stützer-Armatur befestigt.

Der Ausschalthub wird durch den Anschlag 23 an der Platte 24 , Fig. 2, begrenzt. Die beiden Längsspalte 25 in der Platte geben den Gabelenden eine Führung. An der Platte 24 läßt sich auch noch ein schienenartiger Ansatz anbringen, auf den die Rollen beim Ausschalten auflaufen.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, schließen Stromleiterbolzen-Verlängerung 10 und Antriebsstange 19 etwa einen rechten Winkel ein. Es ist aber auch möglich, die Antriebsstange etwa parallel zur Schaltkammerachse anzuordnen. Dazu bedarf es eines in der Fig. 1 nur prinzipiell angedeuteten Hebelarms 26 , der mit einem Ende etwa in der Mitte des Koppelstabs 13 befestigt ist. An seinem anderen Ende ist in einer Gelenkverbindung 27 die zur Schaltgehäuseachse etwa parallel verlaufende Schaltstange 19a angeordnet.

Die Fig. 3 zeigt die Kontaktkörper 2, 3 im eingeschalteten Zustand; dabei sind die Konstruktionsteile bis auf ihre geänderte Lage dieselben geblieben. Daher genügt es, im wesentlichen nur diejenigen Bauteile mit Bezugszeichen zu versehen und zu erläutern, die eine Lageänderung erfahren haben. Die Lageänderung bewirkt die Antriebsstange 19 unter der Wirkung der nicht dargestellten Einschaltfeder, indem sie mit der Gabel 17 die Rollen 16 und damit das Ende des Koppelstabs 13 nach links drückt. Dabei laufen die Rollen zunächst wie auf einer schiefen Ebene über die Blattfeder-Oberfläche und der Koppelstab bringt das bewegbare Schaltstück 10, 5, 3 in die Einschaltstellung. Sobald sich die Kontaktkörper berühren, beginnt sich der Koppelstab beim weiteren Aufrollen auf der Blattfeder gegen diese zu stemmen, so daß sie gespannt wird. Vorraussetzung dafür ist, daß die Länge des Koppelstabs 13 von Mitte Lagerbolzen 14 bis Mitte Lagerbolzen 15 plus Radius Rolle 16 größer ist als die axiale Entfernung Mitte Lagerbolzen 14, Einschaltzustand, bis Feder-Oberfläche, Ausschaltzustand. Das Koppelglied setzt die Schwenkbewegung fort, bis seine Mittellinie auf der Blattfeder etwa senkrecht steht. Eine Schwenkung über diese Totpunktlage hinaus verhindert der Anschlag 21 im Gehäuse 22. Der Kontaktdruck, den die Blattfeder ausübt, ergibt sich durch ihre Auslenkung in Verbindung mit der Federkonstante. Durch Wahl des Rollen-Druckpunkts bei gegebener Blattfedereinspannung, durch Wahl der Blattfeder-Wandstärke, Anzahl der parallel angeordneten Blattfedern und durch Wahl des Blattfeder-Materials und Profils bestehen viele Möglichkeiten, den Kontaktdruck an die Nennwerte von Dauer- und Kurzschlußstrom einer Vakuumschaltkammer optimal anzupassen.

Die geringe axiale Baulänge des Ensembles Schaltkammer und Kontaktdruckerzeugungseinrichtung ist zu einem erheblichen Teil auf die kleinen Abmessungen dieser Einrichtung zurückzuführen; zu einem nicht vernachlässigenden Teil ist jedoch daran auch beteiligt, daß der Stromübergang vom bewegbaren Stromleiterbolzen 5 auf den feststehenden Stromleitkörper 6noch innerhalb des Durchführungsisolators 9 erfolgt; die so ermöglichte anschließende Parallelführung von Stromableitung 6 und Kontaktbetätigung (10) ermöglicht kurze Anschlußverbindungen.

Falls die Antriebsstange 19 als Variante 19a parallel zur Schaltgehäuseachse angeordnet wäre, nähme im eingeschalteten Zustand der Hebelarm 26 die gestrichelt gezeichnete Lage ein.

Für die Kontaktdruckerzeugung bei zwei mechanisch und elektrisch in Reihe geschalteten Schaltkammern 1, 1a sind zwei Kontaktdruckerzeugungsvorrichtungen 12, 12a in einem gemeinsamen Gehäuse 40 untergebracht, Fig. 4. Elektrisch verbindet die Schaltkammern der Stromleitbügel 41. In den Schaltgehäusen befinden sich die gleichfalls nicht dargestellten Kontakte im ausgeschalteten Zustand entsprechend Fig. 1. Die Kontaktdruckerzeugungseinrichtungen 12, 12a sind hinsichtlich der wesentlichen Bauelemente identisch mit solchen für einzelne Schaltkammern, wie sie in den Fig. 1 und 2 bereits erläutert wurden. Adaptiert werden mußte nur der Antrieb: an die Stelle der starren Gabel 17 in den obengenannten Figuren sind hier je zwei mit den Bolzen 30, 30a gelenkig angeordnete, an den anderen Enden mit Rollen 16, 16a versehene Verbindungsstäbe 29, 29a vorgesehen. Die Bolzen 30; 30a sind an dem etwa T-förmigen Träger 34 am Ende der Isolierstoff-Antriebsstange 19 gelagert. An dem T-Träger ist auf der dem Betrachter abgewandten Seite ein Zapfen angebracht. Dieser Zapfen gleitet in dem horizontalen Führungsspalt 31 des seitlich an dem Gehäuse 40 angeordneten plattenförmigen Bauteils 32. An dem Gehäuse 40 sind auch die Seitenwände 33, 33a mit Spalten zur Führuug der Verbindungsstäbe 29, 29a angebracht. Ferner dienen diese Wände als Anschlag für die Laufrollen 16, 16a bei einem Ausschaltvorgang. Die Ausführung der Wände ist analog zu der schon in der Fig. 2 gezeigten Anschlag- und Führungsplatte.

Die Antriebstange (19) läßt sich in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante auch etwa parallel zu den Schaltkammerachsen anordnen und betätigen.


Anspruch[de]
  1. 1. Kontaktdruckerzeugungseinrichtung für Vakuumschalter mit
    1. a) einer Vakuumschaltkammer (1), in welcher axial fluchtend ein Kontaktkörper (2) an einem feststehenden Stromleiterbolzen (4) und ein Kontaktkörper (3) an einem axial bewegbaren Stromleiterbolzen (5) angeordnet sind;
    2. b) einem Bauteilsystem aus aneinandergereihten, untereinander gelenkig verbundenen Bauteilen zur Übertragung der Kraft eines Schalterantriebes auf das bewegbare Kontaktstück (3, 5) und einer von einem Bauteil dieses Bauteilsystems während eines Einschaltvorganges durch Berührungskopplung spannbaren elastischen Einrichtung zur Kontaktdruckerzeugung dadurch, daß die Kraft der gespannten elastischen Einrichtung mittels des spannenden Bauteils des Bauteilsystems auf den bewegbaren, den feststehenden Kontaktkörper (2) berührenden Kontaktkörper (3) übertragen wird;
  2. gekennzeichnet durch folgende Merkmale
    1. c) die elastische Einrichtung zur Kontaktdruckerzeugung besteht aus mindestens einer einseitig eingespannten Blattfeder (20);
    2. d) das Spannen der Blattfeder erfolgt während eines Einschaltvorganges dadurch, daß der Berührungsort des spannenden Bauteils auf der Blattfeder sich in Richtung auf deren Einspannort bewegt.
  3. 2. Kontaktdruckerzeugungseinrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  4. als die Blattfeder (20) durch Berührungskopplung spannendes und die Federkraft an den bewegbaren Kontaktkörper (3) übertragendes Bauteil dient ein mit dem bewegbaren Stromleiterbolzen (5) gelenkig verbundener Koppelstab (13) als Teil einer Kniehebelanordnung im Bauteilsystem.
  5. 3. Kontaktdruckerzeugungseinrichtung nach Patentanspruch 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
  6. die Oberfläche der Blattfeder (20) weist eine derartige Neigung auf, daß der sich darauf mit seinem dem bewegbaren Schaltstück abgewandten Ende entlang bewegende Koppelstab (13) gegen Ende dieser die Blattfeder spannenden Bewegung eine Totpunktlage einnimmt.
  7. 4. Kontaktdruckerzeugungseinrichtung nach Patentanspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
  8. auf dem blattfederseitigen Ende des Koppelstabes (13) ist ein rollenförmiger Körper (16) drehbar angeordnet, der während eines Schaltvorganges auf der Oberfläche der Blattfeder (20) abrollt und dadurch die Reibung klein hält.
  9. 5. Kontaktdruckerzeugungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
  10. die spannbare Blattfeder (20) und der spannende Koppelstab (13) berühren sich bereits im ausgeschalteten Zustand des Vakuumschalters.
  11. 6. Kontaktdruckerzeugungseinrichtung nach Patentanspruch 1. gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

    als die Blattfeder (20) durch Berührungskopplung spannendes und die Federkraft an den bewegbaren Kontaktkörper (3) übertragendes Bauteil dient eine am Ende des bewegbaren Stromleiterbolzen (5) drehbar angeordnete, während des Einschaltvorganges zu betätigende Koppelscheibe mit in radialer Erstreckung veränderlichem Rand, der auf die Blattfeder einwirkt.
  12. 7. Kontakterzeugungseinrichtung nach Patentanspruch 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

    der die Oberfläche der Blattfeder (20) berührende Rand der Koppelscheibe ist derart geformt, daß diese gegen Ende der die Blattfeder spannenden Bewegung eine Totpunktslage aufweist.
  13. 8. Kontaktdruckerzeugungseinrichtung nach Patentanspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

    in einem Teilbereich der Blattfederanordnung ist mindestens ein Rollenkörper drehbar angeordnet zur Verkleinerung der Reibung beim Ablauf der Koppelscheibe.
  14. 9. Kontaktdruckerzeugungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

    für die Erzeugung des Kontaktdruckes zwischen den Kontakten von zwei mechanisch und elektrisch in Reihe geschalteten Vakuumschaltkammern (1; 1a) sind die zugehörigen Kontaktdruckerzeugungseinrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse (40) angeordnet.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com