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Dokumentenidentifikation DE19918077C1 09.11.2000
Titel Lastschalter
Anmelder Elektrotechnische Werke Fritz Driescher & Söhne GmbH, 85368 Moosburg, DE
Erfinder Leitsch, Franz, 85368 Moosburg, DE;
Glück, Manfred, 85413 Hörgertshausen, DE
Vertreter Kuhnen & Wacker Patentanwaltsgesellschaft mbH, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 21.04.1999
DE-Aktenzeichen 19918077
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.11.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.11.2000
IPC-Hauptklasse H01H 33/666
Zusammenfassung Die Erfindung stellt einen Lastschalter (1) bereit, der Hauptkontakte (32, 42) und eine im Nebenschluß hierzu vorliegende, im Gehäuse (35) angeordnete Vakuum-Schaltkammer (34) aufweist, deren Schaltkontakte über eine Schaltmechanik (36, 33, 43) geschlossen oder geöffnet werden. Erfindungsgemäß schließt die Schaltmechanik die Schaltkontakte der Vakuum-Schaltkammer (34) im Zuge des Einschaltvorgangs, wenn die Hauptkontakte (32, 42) des Lastschalters (1) noch eine solche Distanz voneinander aufweisen, welche einen Vorüberschlag bei der gegebenen Netzspannung ausschließt. Dadurch wird erreicht, daß die Vakuum-Schaltkammer (34) einerseits möglichst kurzzeitig beansprucht wird und andererseits ein Außenüberschlag an den Hauptkontakten (32, 42) oder der gekapselten Vakuum-Schaltkammer (34) wirksam verhindert werden. Eventuell beim Einschaltvorgang entstehende Funken- bzw. Lichtbögen werden daher zuverlässig innerhalb der Vakuum-Schaltkammer gelöscht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Lastschalter für Spannungen oberhalb 1 kV, mit Hauptkontakten und einer zu den Hauptkontakten im Nebenschluß vorliegenden Vakuum-Schaltkammer, deren Kontakte mittels einer Schaltmechanik geschlossen oder geöffnet werden, wobei die Vakuum-Schaltkammer ein die im Vakuum liegenden Schaltkontakte umschließendes Gehäuse mit metallischen Stirnplatten und einem zylinderförmigen Gehäusemittelteil aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, das von einer Schicht aus dielektrischen Material umgeben ist, welche die Ränder der beiden Stirnplatten hintergreift.

Derartige Lastschalter sind zum Beispiel als Lasttrennschalter im Bahnbetrieb bekannt. Dabei liegt die Vakuum-Schaltkammer in der Einschaltstellung elektrisch im Nebenschluß zu der für den vollen Gerätenennstrom ausgelegten Hauptstrombahn. Beim Ausschalten öffnen zuerst die Hauptkontakte stromlos und kommutieren dabei den Strom auf die im Nebenschluß liegende Reihenschaltung von Vakuum-Schaltkammer und Hilfsschaltstelle. Sobald sich die Hauptkontakte weit genug voneinander entfernt haben, wird die Vakuum-Schaltkammer über eine Kippmechanik betätigt und der im Schaltkammerinneren auftretende Ausschaltlichtbogen im ersten Strom-Nulldurchgang ohne äußere Erscheinung sicher gelöscht.

Beim Einschaltvorgang eines derartigen Lastschalters wird der Stromkreis ausschließlich über die Hauptkontakte hergestellt, ohne daß die hierzu im Nebenschluß vorliegende Vakuum-Schaltkammer vor dem Schließen der Hauptkontakte betätigt, d. h. geschlossen wird. Derartige Vakuum-Schaltkammern sind dabei nicht darauf ausgelegt, dauerhaft Ströme zu führen. Zwar gibt es in der Praxis Vakuum-Schaltröhren mit hoher Leistungsfähigkeit; diese weisen jedoch große Abmessungen auf und sind mit hohen Herstellungskosten verbunden, weshalb ihr Einsatz vermieden wird. Daher werden seit einiger Zeit auch Vakuum-Schaltkammern einer niedrigeren Spannungsreihe, als der für die der Schalter konzipiert ist, eingesetzt. Auf diese Weise können sowohl die Abmessungen als auch die Herstellungskosten reduziert werden, wobei der Aktivteil in der Vakuum-Schaltkammer einen derartigen Einsatz für den Ausschaltvorgang in der Regel erlaubt. Mit dieser Verringerung der Baugröße verringert sich aber auch der Abstand der metallischen Stirnplatten des Gehäuses der Vakuum-Schaltkammer. Daher ergibt sich ein erhöhtes Risiko eines Außenüberschlags bei anliegender Spannung.

Hinsichtlich des Einschaltvorganges wird jedoch im Rahmen einer Normprüfung eine unmittelbar aufeinanderfolgende Ein-/Ausschaltung unter Kurzschlußstrom gefordert. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß beim Ausschaltvorgang die vorbestimmte und somit bekannte Betriebsspannung am Lastschalter anliegt. Dagegen zeigt sich die tatsächlich anliegende Spannung beim Einschaltvorgang erst während des Vorgangs bzw. sobald der Schalter geschlossen ist. Es läßt sich vorab am Lastschalter nicht feststellen, ob nicht aufgrund eines technischen Defekts anstelle der Betriebsspannung ein Kurzschluß anliegt, auf den dann der Lastschalter voll aufgeschalten wird. Die Anforderungen an die Schaltelemente beim Einschaltvorgang sind daher wesentlich höher als beim Ausschaltvorgang, was zu den oben genannten verschärften Normprüfungsvorschriften geführt hat.

Derartige Kurzschluß-Schaltvorgänge innerhalb kürzester Zeit und unter derart hohen Strömen stellen dabei eine große Anforderung an die Vakuum-Schaltkammer bzw. deren äußerer Isolation dar. Wird zum Beispiel Isolieröl als Schutzmedium gegen Außenüberschläge von den beiden metallischen Stirnplatten der Vakuum-Schaltkammer verwendet, so kann es bei derart wiederholten Schaltvorgängen zu einem nicht unerheblichen Druckanstieg im Isolieröl kommen, was zu einer Verminderung der Isoliereigenschaft und im Extremfall gar zu einer Beschädigung der Anordnung führen kann.

Derzeit wird der Einschaltvorgang daher ausschließlich über die Hauptkontakte bewerkstelligt. Diese sind entsprechend konstruktiv gestaltet und ausreichend dimensioniert, um auch einen Einschaltvorgang unter Kurzschlußsituation durchführen zu können. Um einen fortschreitenden Abbrand der Hauptkontakte in gewissem Rahmen vermeiden zu können, weisen diese zudem sogenannte Vorzündfunkenhörner auf, über welche der Funkenüberschlag beim Schließen des Lastschalters aufgenommen wird, noch bevor die Hauptkontakte in Eingriff gelangen. Diese Vorzündfunkenhörner sind daher so ausgebildet, daß sie beim Einschaltvorgang früher in Überlappung gelangen, wie die Hauptkontakte, das heißt in Richtung aufeinander zu über die Hauptkontakte hinausstehen. Um ein Verschweißen dieser Vorzündfunkenhörner aufgrund des Funkenschlags vermeiden zu können, sind diese jedoch so angeordnet, daß sie nicht direkt aufeinander abgleiten, sondern ein Spalt zwischen ihnen verbleibt. Die Hauptkontakte gelangen dagegen unmittelbar miteinander in Eingriff.

Auf einer derartigen Bauweise basiert zum Beispiel der Gegenstand der WO- 98/09310 A1 vom gleichen Anmelder, wobei auf dieses Dokument hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Diese derzeit übliche Bauweise eines Lastschalters hat somit weiterhin den Nachteil, daß beim Einschaltvorgang ein Funkenüberschlag im äußeren Umfeld des Lastschalters auftritt. Insbesondere wenn am Lastschalter ein Kurzschluß anliegt, kann sich hier ein nicht unerheblicher Lichtbogen ausbilden. Nun werden jedoch derartige Lastschalter nicht nur auf Bahnanlagen im Freien verwendet, sondern zunehmend auch an U-Bahnen eingesetzt. Da hier die Tunnelgröße begrenzt ist, kann es zu Einwirkungen eines derartigen Lichtbogens zum Beispiel im Bereich der Tunneldecke kommen. Ferner ist die Gefährdung für Personen in einem Tunnelbereich wesentlich größer, als im Freien.

Aus der DE 38 32 493 A1 sind eine Vakuumschaltröhre, ein Lasttrennschalter, der eine derartige Vakuumschaltröhre enthält, und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Lasttrennschalters bekannt. Die hier offenbarte Vakuumschaltröhre ist speziell auf die Funktion "Ausschalten des Laststromes" zugeschnitten. Hierzu wird der Kontakt der Vakuumschaltröhre erst unmittelbar vor dem Öffnen eines parallel angeordneten Schaltkontaktes geschlossen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lastschalter bereitzustellen, der auch beim Einschaltvorgang einen Funkenüberschlag wirksam vermeiden kann.

Diese Aufgabe wird durch Weiterbildung eines Lastschalters gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit den Merkmalen gelöst, daß die Schaltmechanik die Schaltkontakte der Vakuum-Schaltkammer im Zuge des Einschaltvorgangs schließt, wenn die Hauptkontakte des Lastschalters noch eine solche Distanz voneinander aufweisen, welche einen Vorüberschlag bei einer gegebenen Netzspannung ausschließt.

Hierbei hat sich überraschend gezeigt, daß bei entsprechend konstruktiver Gestaltung der Schaltmechanik zur Herstellung eines vorbestimmten Einschaltzeitpunkts eine herkömmliche Vakuum-Schaltkammer auch zur wiederholten Aufnahme der entsprechenden Last geeignet ist, wie sie zum Beispiel in der Normprüfung verlangt wird. So kann durch geschickte Wahl des Schaltzeitpunkts zum einen zuverlässig ein derartiger Vorüberschlag insbesondere zwischen den metallischen Stirnplatten vermieden werden und andererseits jedoch auch erreicht werden, daß die Vakuum-Schaltkammer möglichst kurzzeitig die gesamte Spannung führen muß. Hierzu hat sich eine Vakuum- Schaltkammer als vorteilhaft erwiesen, bei der das Gehäuse von einer Schicht aus dielektrischen Material umgeben ist, welche die Ränder der beiden Stirnplatten hintergreift. Dadurch kann die Vakuum-Schaltkammer im Kapselgehäuse so angeordnet und konditioniert werden, daß sie der anliegenden Spannung standhalten kann, auch wenn sie aufgrund ihrer Abmessungen an sich nicht als für derartige Spannungen ausgelegt erscheint.

Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Ausgestaltung eines Lastschalters bzw. einer Kapselung für die Vakuum-Schaltkammer in der Art erwiesen, wie sie in der WO-98/09310 A1 erläutert ist. Bei den dort für die dielektrische Materialschicht vorgesehenen Elastomermaterial mit hoher dielektrischer Festigkeit ergibt sich zudem der Vorteil, daß kein Druckaufbau bei wiederholten Schaltvorgängen auftritt.

Der erfindungsgemäße Lastschalter zeigt daher den wesentlichen Vorteil, daß die Funkenbildung an den Hauptkontakten auch beim Einschaltvorgang wirksam unterbunden werden kann. Erfindungsgemäß wird der Stromkreis dabei zuerst in der Vakuum- Schaltkammer geschlossen, bevor die Hauptkontakte miteinander in Eingriff gelangen bzw. ein Funkenüberschlag an diesen auftritt. Damit kann eine Gefährdung für Personen oder umliegende Einrichtungen durch einen Lichtbogen etc. wirksam vermieden werden.

Als ein weiterer Vorteil ergibt sich hieraus, daß die konstruktiven Anforderungen an die Hauptkontakte wesentlich geringer sind, als im Stand der Technik. Da diese somit im wesentlichen keinen Funkenüberschlägen beim Einschaltvorgang ausgesetzt sind, können sie mit geringeren Abmessungen realisiert werden.

Dabei erlaubt der erfindungsgemäße Lastschalter zudem auch einen Verzicht auf die Vorzündfunkenhörner, wodurch sich die Bauweise des Lastschalters weiter vereinfacht.

Erfindungsgemäß verringert sich somit insgesamt der konstruktive Aufwand für den Lastschalter, da die Vakuum-Schaltkammer üblicherweise bereits für die Nutzung beim Ausschaltvorgang vorhanden ist und lediglich die erfindungsgemäße Anpassung der Schaltmechanik und insbesondere des Einschaltvorgangs erforderlich ist, wobei keine wesentlichen zusätzlichen Auf- oder Anbauten benötigt werden.

Vorteilhaft ist ferner, daß damit Abnützungserscheinungen nach wiederholten Schaltvorgängen wie zum Beispiel Abbrand der Hauptkontakte etc. im wesentlichen wirksam vermieden werden können, so daß sich der Lastschalter hinsichtlich seiner Langlebigkeit und Zuverlässigkeit verbessert.

Daher ist der erfindungsgemäße Lastschalter auch in der Lage, höhere Einschaltleistungen und -ströme als der Stand der Technik zu bewerkstelligen. Bei den bekannten Bauweisen hat sich zum Beispiel bei Strömen von mehr als 10 000 A gezeigt, daß die Hauptkontakte regelmäßig abgebrannt sind, wobei die Vorzündfunkenhörner insbesondere bei Kurzschlußstrom kaum in der Lage waren, eine Beschädigung der Hauptkontakte zu vermeiden. Mit dem erfindungsgemäßen Lastschalter werden erstmals auch Schaltvorgänge bei 16 000 A und insbesondere sogar bei 25 000 A möglich.

Die herkömmlichen Vorzündfunkenhörner mußten daher häufig kontrolliert werden, wobei gegebenenfalls ein Austausch erforderlich war. Da hierzu jedoch die gesamte Leitung abgeschaltet werden mußte, stellte sich dies als wesentliche Beeinträchtigung des Bahnbetriebs etc. dar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn die Schaltmechanik in Reihenschaltung zur Vakuum-Schaltkammer eine Betätigungsgabel und einen damit zusammenwirkenden Kontakt, insbesondere einen Rollenkontakt, aufweist, welche im Zuge des Einschaltvorgangs zunehmend miteinander in Eingriff gelangen und dabei eine derartige Schwenkbewegung der Betätigungsgabel bewirken, daß die Schaltkontakte der Vakuum-Schaltkammer geschlossen werden, wenn die Hauptkontakte des Lastschalters die vorbestimmte Distanz voneinander aufweisen. Hierbei kann mit an sich bekannten Bauelementen durch geschickte konstruktive Ausgestaltung mit entsprechender Vorbestimmung des Schaltzeitpunkts eine einfache und zuverlässige Bauweise erzielt werden. Der erfindungsgemäße Lastschalter ist daher kostengünstig herstellbar und störungsunempfindlich.

Dadurch, daß die Betätigungsgabel über eine Langlocheinrichtung mit einem beweglichen Schaltkontakt der Vakuum-Schaltkammer zusammenwirkt, wobei der bewegliche Schaltkontakt federnd vorgespannt ist, und wobei die Langlocheinrichtung den beweglichen Schaltkontakt beim Erreichen einer vorbestimmten Stellung der Betätigungsgabel auslöst, läßt sich die Bauweise des Lastschalters weiter vereinfachen. Dadurch kann eine noch höhere Lebensdauer und größere Zuverlässigkeit erzielt werden. Zudem kann auf diese Weise mit einfachen konstruktiven Mitteln ein sehr exakter Schaltvorgang erreicht werden, der zudem mit hoher Geschwindigkeit realisierbar ist.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn die vorbestimmte Distanz der Hauptkontakte beim Einschaltvorgang kleiner als eine vorbestimmte Distanz der Hauptkontakte beim Ausschaltvorgang ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Spannung möglichst kurzzeitig über die im Nebenschluß liegende Vakuum-Schaltkammer geführt werden soll. Beim Einschaltvorgang wird die Verbindung erst hergestellt und daher tritt der Zeitpunkt eines Funkenüberschlags später auf als beim Ausschaltvorgang, wenn ein bereits bestehendes elektrisches Feld getrennt werden muß. Erfindungsgemäß wird somit die Beaufschlagung der Vakuum-Schaltkammer mit Spannung auf ein Mindestmaß reduziert. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Lastschalters weiter.

Indem die vorbestimmte Distanz der Hauptkontakte beim Einschaltvorgang bzw. beim Ausschaltvorgang entsprechend der Betriebsspannung gewählt ist, kann die Belastungsdauer der Vakuum-Schaltkammer noch genauer auf ein Minimum reduziert werden. Die Lebensdauer erhöht sich dadurch weiter.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 einen Einschaltvorgang des erfindungsgemäßen Lastschalters;

Fig. 4 bis 6 einen Ausschaltvorgang des erfindungsgemäßen Lastschalters;

Fig. 7 einen Schnitt durch die Kapselung der Vakuum-Schaltkammer;

Fig. 8 einen Schnitt durch die Kapselung der Vakuum-Schaltkammer, der senkrecht zur Darstellung in Fig. 7 verläuft; und

Fig. 9 und 10 schematisierte Darstellungen der Elemente der Schalteinrichtung in der Ein- bzw. Aus-Stellung.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 6 ist für jede Phase eines Laststromkreises ein Lastschalter 1 auf einer Konsole 2 angeordnet, und weist ein feststehendes Schaltelement 3 und ein bewegliches Schaltelement 4 auf. Jedes Schaltelement 3 bzw. 4 ist über einen Isolator 31 bzw. 41 gegenüber der Konsole 2 elektrisch isoliert. Ferner weist jedes Schaltelement 3 bzw. 4 einen Hauptkontakt 32 bzw. 42 auf, welche zur Herstellung der Hauptschlußverbindung dienen. Der Hauptkontakt 32 des feststehenden Schaltelements 3 ist mit einem beweglichen Kontaktkopf 321 versehen, in welchen der feststehende Hauptkontakt 42 des beweglichen Schaltelements 4 eingreift.

Jedes Schaltelement 3 bzw. 4 weist ferner im Nebenschluß zu den Hauptkontakten 32 bzw. 42 eine Schaltmechanik mit einer Betätigungsgabel 33 am feststehenden Schaltelement 3 und einem Rollenkontakt 43 am beweglichen Schaltelement 4 auf. Diese Schaltmechanik ist in Reihe zu einer Vakuum-Schaltkammer 34 angeordnet, welche in einem Gehäuse 35 gekapselt angeordnet ist. Der Rollenkontakt 43 ist in einem vorbestimmten Betätigungswinkel α am beweglichen Schaltelement 4 angeordnet. Die Betätigungsgabel 33 am feststehenden Schaltelement 3 ist schwenkbar am Gehäuse 35 gelagert. Eine Schwenkbewegung der Betätigungsgabel 33 bewirkt dabei eine Betätigung des beweglichen Schaltkontakts in der Vakuum-Schaltkammer 34, was nachfolgend noch im näheren Detail erläutert wird.

Zunächst wird nun anhand der Fig. 1 bis 3 der Schließvorgang des Lastschalters 1 erläutert.

In Fig. 1 liegt der Lastschalter 1 in seiner geöffneten Stellung vor, das heißt er ist ausgeschaltet. Zum Betätigen des Lastschalters 1 wird nun ein hier nicht dargestellter Antrieb, zum Beispiel eine Handkurbeleinrichtung oder eine motorische Einrichtung, betätigt, wodurch sich das bewegliche Schaltelement 4 in einer Schwenkbewegung um einen Drehpunkt 21 an der Konsole 2 auf das feststehende Schaltelement 3 zubewegt. In dieser Ausgangsstellung sind auch die Schaltkontakte der Vakuum-Schaltkammer 34 offen.

Im Zuge der Schwenkbewegung des beweglichen Schaltelements 4 gelangt der Rollenkontakt 43 in Eingriff mit der Betätigungsgabel 33. Dabei bewirkt die Einwirkung des in seiner Lagezuordnung zum beweglichen Schaltelement 4 feststehenden Rollenkontakts 43 auf die Betätigungsgabel 33 eine Verschwenkung letzterer. Dieser Schwenkvorgang der Betätigungsgabel 33 führt letztendlich zu einem Schließen der Schaltkontakte in der Vakuum-Schaltkammer 34. Der Zeitpunkt, an dem diese Schaltelemente der Vakuum-Schaltkammer 34 schließen, ist dabei durch die Schaltmechanik derart vorgegeben, daß sich dieser Nebenschlußkreis mit dem Rollenkontakt 43, der Betätigungsgabel 33 und der Vakuum-Schaltkammer 34 erst schließt, wenn sich die Hauptkontakte 32 bzw. 42 bis auf eine vorbestimmte Einschaltdistanz a angenähert haben.

Im weiteren Zuge der Schwenkbewegung des beweglichen Schaltelements 4 gelangt der Hauptkontakt 42 des Schaltelements 4 in Eingriff mit dem Hauptkontakt 32 des feststehenden Schaltelements 3, wodurch der Hauptkreis geschlossen wird. Aufgrund der Widerstandsverhältnisse zwischen Haupt- und Nebenstromkreis fließt der Strom dann im wesentlichen vollständig über die Hauptkontakte 32 bzw. 42. Dieser vollständig eingeschaltete Zustand des Lastschalters 1 ist in Fig. 3 dargestellt.

Anhand der Fig. 4 bis 6 wird nun der Ausschaltvorgang des Lastschalters 1 erläutert. Dieser liegt in der Darstellung gemäß Fig. 4 im eingeschalteten Zustand vor. Fig. 4 entspricht insofern in seiner Darstellung Fig. 3.

Zum Ausschalten des Lastschalters 1 wird das bewegliche Schaltelement 4 derart betätigt, daß es vom feststehenden Schaltelement 3 weg schwenkt. Hierbei öffnet sich zuerst der Kontakt zwischen den Hauptkontakten 32 und 42 wie in Fig. 5 ersichtlich ist. Im Nebenschluß bilden der Rollenkontakt 43, die Betätigungsgabel 33 und die Vakuum- Schaltkammer 34 jedoch weiterhin eine elektrische Verbindung, bis eine vorbestimmte Ausschaltdistanz b zwischen den Enden der Hauptkontakte 32 und 42 erreicht ist. Erst dann wird der bewegliche Schaltkontakt der Vakuum-Schaltkammer 34 zum Öffnen der Verbindung innerhalb der Vakuum-Schaltkammer 34 derart betätigt, daß er sich vom feststehenden Schaltkontakt in der Vakuum-Schaltkammer 34 weg bewegt. Ein hierbei eventuell entstehender Lichtbogen wird in der Vakuum-Schaltkammer 34 gelöscht.

Zu bemerken ist hierbei, daß die Einschaltdistanz a kleiner als die Ausschaltdistanz b ist. Dies dient dazu, um einerseits die Vakuum-Schaltkammer 34 möglichst kurzzeitig zu belasten, und andererseits jedoch einen Spannungs- bzw. Funkenüberschlag zwischen den Hauptkontakten 32 und 42 zuverlässig zu vermeiden. Die Ausschaltdistanz b ist dabei deswegen größer als die Einschaltdistanz a, weil beim Ausschalten ein bestehendes elektrisches Feld zu trennen ist, wodurch Funkenüberschläge auch bei größeren Abständen zwischen den Hauptkontakten 32 und 42 auftreten können, als beim Einschaltvorgang.

Im Zuge des weiteren Verschwenkens des beweglichen Schaltelements 4 weg vom feststehenden Schaltelement 3 geraten schließlich auch der Rollenkontakt 43 und die Betätigungsgabel 33 außer Eingriff miteinander. Dieser Zustand ist in Fig. 6 dargestellt.

In den Fig. 7 und 8 sind Schnitte durch das als Kapselung für die Vakuum-Schaltkammer 34 dienende Gehäuse 35 gezeigt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, weist die Vakuum-Schaltkammer 34 einen feststehenden Schaltkontakt 341 und einen beweglichen Schaltkontakt 342 auf. Der bewegliche Schaltkontakt 342 ist mittels einer Federeinrichtung 343 in Richtung zur Offenstellung vorgespannt. Er wirkt dabei mit einer Schalteinrichtung 36 zusammen, welche von der Betätigungsgabel 33 angesteuert wird.

Die Betätigungsgabel 33 weist hierzu eine Schaltwelle 331 auf, die im Gehäuse 35 drehend gelagert ist. Mit der Schaltwelle 331 ist ein Schaltelement 361 der Schalteinrichtung 36 derart fest verbunden, daß das Schaltelement 361 jede Drehbewegung der Schaltwelle 331 ebenfalls vollzieht. Das Schaltelement 361 weist einen sich in Axialrichtung der Schaltwelle 331 erstreckenden Schaltanschlag 362 auf, der mit einem Koppelelement 363 zusammenwirkt. Der Schaltanschlag 362 greift hierzu in eine Aussparung 364 des Koppelelements 363 ein, welche in ihrer wirksamen Breite größer als die Breite des Schaltanschlags 362 ausgebildet ist. Das Koppelelement 363 ist hierbei drehbar auf der Schaltwelle 331 gelagert.

Ferner ist das Koppelelement 363 mittels einer Federeinrichtung 365 derart gegen einen zentralen Punkt auf der Längsachse des Gehäuses 35 vorgespannt, daß es in die beiden Endstellungen für den Ein- bzw. Ausschalt-Zustand gedrückt wird. Die Federeinrichtung 365 ist hierzu drehbar im Gehäuse 35 gelagert und folgt einer Drehbewegung des Koppelelements 363 bei der Überführung von einem Schaltzustand zum anderen, wobei sie dieser Drehbewegung entgegen wirkt.

Das Koppelelement 363 weist ferner eine Schaltöffnung 366 auf, in welche ein Schaltstift 367 eingreift, der auf einem Schalthebel 368 gehalten ist. Der Schalthebel 368 ist derart mit einem Exzenterabschnitt 369 versehen, daß er den beweglichen Schaltkontakt 342 in der in Fig. 8 gezeigten Stellung in Schließstellung hält.

Das Zusammenwirken der Komponenten der Schalteinrichtung 36 wird nachfolgend anhand der Fig. 9 und 10 näher erläutert.

Gemäß der Darstellungen in Fig. 9 liegt der Schalthebel 368 in der Aus-Stellung vor, d. h. der bewegliche Schaltkontakt 342 der Vakuum-Schaltkammer 34 ist in der Offenstellung. Ferner ist das Koppelelement 363 durch die Federeinrichtung 365 in diese Endlage vorgespannt. Das mit der Schaltwelle 331 bzw. der Betätigungsgabel 33 zusammenwirkende Schaltelement 361 liegt ebenfalls in einer Endstellung vor, wobei der Schaltanschlag 362 um ein vorbestimmtes Maß X von der damit zusammenwirkenden Wandung der Aussparung 364 beabstandet vorliegt.

Bei einer Betätigung der Schaltwelle 331 zum Schließen des Lastschalters 1 wird das Schaltelement 361 mit bewegt. Nachdem der Leerhub X überwunden ist, veranlaßt das Schaltelement 361 das Koppelelement 363 dazu, die Drehbewegung ebenfalls auszuführen. Ein Pfeil R in Fig. 9 beschreibt die Drehrichtung beim Einschaltvorgang. Da der Schaltstift 367 auf der in Drehrichtung abgewandten Seite der Schaltöffnung 366 vorliegt, folgt der Schalthebel 368 dieser Drehbewegung erst, wenn ein vom Schaltstift 367 in der Schaltöffnung 366 definierter Betätigungsweg Z durchlaufen ist. Schließlich kippt der Schalthebel 368 um die Schaltwelle 331 in die Ein-Stellung, wobei der Exzenterabschnitt 369 des Schalthebels 368 derart auf den beweglichen Schaltkontakt 342 einwirkt, daß dieser geschlossen wird. Dieser Schließvorgang wird dabei durch die Kraft der Federeinrichtung 365 unterstützt, welche das Koppelelement 363 in schneller Weise in seine neue Endstellung drückt, sobald der hier mit der Hauptachse des Gehäuses 35 zusammenfallende Totpunkt der Bewegung des Koppelelements 363 überwunden ist. Die Schalteinrichtung 36 liegt somit in der in Fig. 10 gezeigten Stellung vor.

Beim Ausschaltvorgang dreht sich die Schaltwelle 331 in die entgegengesetzte Richtung und die andere Seitenwand des Schaltanschlags 362 durchläuft einen Leerhub Y des Ausschaltvorgangs, welcher größer als der Leerhub X beim Einschaltvorgang ist. Nachdem der Schaltanschlag 362 am Koppelelement 363 angreift, wird dieses wiederum rotatorisch mitgenommen, wobei diese Drehbewegung erst dann auf den Schalthebel 368 übertragen wird, wenn wiederum der durch den Schaltstift 367 im Zusammenwirken mit der Schaltöffnung 366 definierte Betätigungsweg Z, diesmal in entgegengesetzter Richtung, durchlaufen ist. Sobald der Schaltstift 367 von der Wandung der Schaltöffnung 366 mitgenommen wird, schwenkt der Schalthebel 368 von seiner Ein- Stellung in die Aus-Stellung, wobei dies wiederum von der Federeinrichtung 365 unterstützt wird, sobald der Totpunkt in dieser Richtung durchlaufen ist. Die Schalteinrichtung 36 liegt dann wieder in der in Fig. 9 gezeigten Stellung vor.

Wie insbesondere aus Fig. 10 erkennbar ist, ist der Leerhub X beim Einschaltvorgang kleiner als der Leerhub Y beim Ausschaltvorgang. Aus dem Winkelmaß des Leerhubs X plus dem Betätigungsweg Z ergibt sich schließlich die Distanz a der Hauptkontakte 32 und 42 beim Einschaltvorgang. Die Distanz b der Hauptkontakte beim Ausschaltvorgang ergibt sich aus einer Addition des Leerhubs Y beim Ausschaltvorgang und dem Betätigungsweg Z. Die Distanz a der Hauptkontakte 32 und 42 beim Einschaltvorgang ist daher kleiner als die Distanz b beim Ausschaltvorgang.

Wie insbesondere aus den Fig. 9 und 10 erkennbar ist, lassen sich die Abstände der Hauptkontakte zum Zeitpunkt des Einschaltens bzw. Ausschaltens der Schaltkontakte 341 bzw. 342 der Vakuum-Schaltkammer 34 auf einfache konstruktive Weise bestimmen und gezielt einstellen.

Die Vakuum-Schaltkammer 34 weist ferner ein Gehäusemittelteil 344 und zwei metallische Stirnplatten 345 und 346 auf. Die Vakuum-Schaltkammer 34 wird dabei von einer Manschette 37 aus einem Elastomermaterial mit hoher dielektrischer Festigkeit derart umgriffen, daß auch die metallischen Stirnplatten 345 und 346 hintergriffen werden. Das Gehäuse 35 ist dabei komplimentär zur Gestalt der Manschette 37 ausgebildet. Die bereits unter Vorspannung über die Vakuum-Schaltkammer 34 aufgebrachte Manschette 37 wird durch das Gehäuse 35 zusätzlich gegen die Vakuum-Schaltkammer 34 gepreßt. Damit kann die Entstehung eines Luftspalts zwischen der Vakuum-Schaltkammer 34 und der Manschette 37 bzw. zwischen der Manschette 37 und dem Gehäuse 35 wirksam vermieden werden. Ein Außenüberschlag der Spannung zwischen den metallischen Stirnplatten 345 und 346 kann daher auch bei hohen Spannungen vermieden werden. Weitere Details einer derartigen Kapselung einer Vakuum-Schaltkammer können der bereits oben erwähnten WO-98/09310 vom selben Anmelder entnommen werden.

Die Erfindung läßt neben den hier aufgezeigten Ausführungsbeispielen weitere Gestaltungsansätze zu.

So kann anstelle der beschriebenen Schalteinrichtung 36 auch jede andere Schalteinheit treten, welche eine Betätigung der Vakuum-Schaltkammer 34 zur vorbestimmten und für die Einschaltung bzw. Ausschaltung unterschiedlichen Zeitpunkten ermöglicht.

Dabei können die Distanzen a und b für den Einschalt- bzw. Ausschaltvorgang auch gleich gewählt werden.

Die Einschaltdistanz a und die Ausschaltdistanz b werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der anliegenden Reihenspannung vorgegeben. Es können jedoch auch andere Parameter bei der Dimensionierung dieser Distanzen herangezogen werden, wie zum Beispiel der mögliche Kurzschluß-Einschaltstrom.

Anstelle des Rollenkontakts 43 kann auch ein Gleitkontakt und ähnliches treten.

Die Vakuum-Schaltkammer 34 und die zugehörige Schalteinrichtung 36 könnten auch am beweglichen Schaltelement 4 angeordnet sein.

Der bewegliche Schaltkopf 321 des Hauptkontakts 32 könnte auch am anderen Hauptkontakt 42 angeordnet sein.

Die Erfindung schafft somit einen Lastschalter 1 mit Hauptkontakten 32 und 42 und der zu den Hauptkontakten im Nebenschluß vorliegenden Vakuum-Schaltkammer 34, welche über eine Schaltmechanik mit einer Betätigungsgabel 33 und einem Rollenkontakt 43 betätigt wird. Die Schaltkontakte der Vakuum-Schaltkammer 34 werden beim Einschaltvorgang dabei erst geschlossen, wenn die Hauptkontakte 32 bzw. 42 sich bis auf eine Einschaltdistanz a genähert haben. Dadurch wird erreicht, daß die Vakuum- Schaltkammer 34 zum einen möglichst kurzzeitig beansprucht wird, und zum anderen kann ein Außenüberschlag an den Hauptkontakten oder der speziell gekapselten Vakuum-Schaltkammer 34 durch entsprechende Bemessung der Einschaltdistanz a wirksam verhindert werden. Beim Einschaltvorgang eventuell entstehende Funken- bzw. Lichtbögen werden daher zuverlässig innerhalb der Vakuum-Schaltkammer 34 gelöscht.


Anspruch[de]
  1. 1. Lastschalter (1) für Spannungen oberhalb 1 kV, mit Hauptkontakten (32, 42) und einer zu den Hauptkontakten im Nebenschluß vorliegenden Vakuum-Schaltkammer (34), deren Schaltkontakte (341, 342) mittels einer Schaltmechanik geschlossen oder geöffnet werden, wobei die Vakuum-Schaltkammer (34) ein die im Vakuum liegenden Schaltkontakte (341, 342) umschließendes Gehäuse (35) mit metallischen Stirnplatten (345, 346) und einem zylinderförmigen Gehäusemittelteil (344) aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, das von einer Schicht aus dielektrischen Material (37) umgeben ist, welche die Ränder der beiden Stirnplatten (345, 346) hintergreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmechanik die Schaltkontakte (341, 342) der Vakuum-Schaltkammer (34) im Zuge des Einschaltvorgangs schließt, wenn die Hauptkontakte (32, 42) des Lastschalters (1) noch eine solche Distanz (a) voneinander aufweisen, welche einen Vorüberschlag bei der gegebenen Netzspannung ausschließt.
  2. 2. Lastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmechanik in Reihenschaltung zur Vakuum-Schaltkammer (34) eine Betätigungsgabel (33) und einen damit zusammenwirkenden Kontakt, insbesondere einen Rollenkontakt (43), aufweist, welche im Zuge des Einschaltvorgangs zunehmend miteinander in Eingriff gelangen und dabei eine derartige Schwenkbewegung der Betätigungsgabel (33) bewirken, daß die Schaltkontakte (341, 342) der Vakuum-Schaltkammer (34) geschlossen werden, wenn die Hauptkontakte (32, 42) des Lastschalters (1) die vorbestimmte Distanz (a) voneinander aufweisen.
  3. 3. Lastschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsgabel (33) über eine Langlocheinrichtung mit einem beweglichen Schaltkontakt (341) der Vakuum-Schaltkammer (34) zusammenwirkt, wobei der bewegliche Schaltkontakt (341) federnd vorgespannt ist, und wobei die Langlocheinrichtung den beweglichen Schaltkontakt (341) beim Erreichen einer vorbestimmten Stellung der Betätigungsgabel (33) auslöst.
  4. 4. Lastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Distanz (a) der Hauptkontakte (32, 42) beim Einschaltvorgang kleiner als eine vorbestimmte Distanz (b) der Hauptkontakte (32, 42) beim Ausschaltvorgang ist.
  5. 5. Lastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Distanz (a) der Hauptkontakte (32, 42) beim Einschaltvorgang entsprechend der Betriebsspannung gewählt ist.
  6. 6. Lastschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Distanz (b) der Hauptkontakte (32, 42) beim Ausschaltvorgang entsprechend der Betriebsspannung gewählt ist.






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