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Verschleißanzeige für eine Vakuumschaltröhre - Dokument DE10229096A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10229096A1 29.01.2004
Titel Verschleißanzeige für eine Vakuumschaltröhre
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Chyla, Thomas, 14089 Berlin, DE;
Schramm, Heinz-Helmut, Prof., Dr., 14089 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 25.06.2002
DE-Aktenzeichen 10229096
Offenlegungstag 29.01.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.01.2004
IPC-Hauptklasse H01H 33/666
IPC-Nebenklasse H01H 1/00   
Zusammenfassung Zum Schutz einer Vakuumschaltröhre (1) vor äußeren mechanischen Beeinflussungen ist die Vakuumschaltröhre (1) innerhalb eines Kapselungsgehäuses (2) angeordnet. Innerhalb des Kapselungsgehäuses (2) ist eine den Verschleiß der Schaltkontaktstücke (6, 7) der Vakuumschaltröhre (1) abbildende Messgröße erfassbar und diese erfasste Messgröße ist außerhalb des Kapselungsgehäuses darstellbar.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschleißanzeige für ein relativ zu einem zweiten Schaltkontaktstück bewegbares erstes Schaltkontaktstück einer Vakuumschaltröhre, die innerhalb eines Kapselungsgehäuses angeordnet ist, wobei mittels der Verschleißanzeige ein Verschleiß der Schaltkontaktstücke darstellbar ist.

Eine derartige Verschleißanzeige ist aus der Patentschrift DE 100 05 461 C2 bekannt. Bei der bekannten Verschleißanzeige ist ein Zeiger starr mit einem bewegbaren Schaltkontaktstück verbunden. Der Zeiger ist im Wesentlichen stabförmig ausgebildet und an einem seiner Enden mit dem bewegbaren Schaltkontaktstück verbunden. Das freie Ende des Zeigers ragt in eine Öffnung eines die Vakuumschaltröhre umgebenden Kapselungsgehäuses hinein. Auf der Außenseite des Kapselungsgehäuses sind den verschiedenen Stellungen des bewegbaren Schaltkontaktstückes zugeordnete Markierungen angeordnet, welche den eingeschalteten Zustand sowie den ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltröhre symbolisieren. Darüber hinaus ist auf der Außenseite weiterhin eine Markierung angebracht, mit welcher mit Hilfe des Zeigers ein Verschleiß der Kontaktstücke abschätzbar ist.

Durch die zur Anzeige im Kapselungsgehäuse vorgesehene Öffnung können Verschmutzungen in das Kapselungsgehäuse eindringen. Weiterhin ist aufgrund der Anordnung des Zeigers an dem bewegbaren Schaltkontaktstück dieser jeweils den während eines Schaltvorganges auftretenden schlagartigen Bewegungen ausgesetzt, wodurch der Zeiger aufgrund seiner endseitigen Befestigung in Schwingung versetzt wird und mechanisch stark belastet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschleißanzeige der eingangs genannten Art so auszubilden, dass bei einem besseren Schutz der Vakuumschaltröhre eine zuverlässigere Darstellung des Verschleißes ermöglicht ist.

Die Aufgabe wird bei einer Verschleißanzeige der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kapselungsgehäuse gasdicht ausgeführt und eine den Verschleiß abbildende Messgröße außerhalb des Kapselungsgehäuses darstellbar ist.

Durch die gasdichte Umhüllung der Vakuumschaltröhre ist die Vakuumschaltröhre vor äußeren mechanischen Einwirkungen weitestgehend geschützt. Durch die gasdichte Ausgestaltung des Kapselungsgehäuse besteht die Möglichkeit, die Vakuumschaltröhre in einfacher Art und Weise mit einem Isoliermedium, beispielsweise einem Isoliergas, zu umgeben. Durch eine Übertragung der den Verschleiß abbildenden Messgröße zu einem Ort außerhalb des Kapselungsgehäuses ist der Verschleiß ermittelbar, ohne im Kapselungsgehäuse selbst eine Öffnung vorsehen zu müssen. Als Messgröße sind verschiedene physikalische Größe nutzbar, beispielsweise ein Weg oder elektrische Größe wie eine elektrische Spannung oder eine elektrische Impedanz.

Vorteilhafterweise kann weiterhin eine leitungsgebundene Übertragung der Messgröße vorgesehen sein.

Insbesondere bei einem Einsatz der Vakuumschaltröhre im Mittel- bzw. Hochspannungsbereich sind Störungen durch elektrische Felder bei der Übertragung von Messgrößen zu berücksichtigen. Eine leitungsgebundene Übertragung bietet den Vorteil, dass die Übertragungsleitungen derart ausgestaltbar sind, dass eine Störung unwahrscheinlich ist. Dazu können den Übertragungsleitungen beispielsweise Schutzvorrichtungen wie Schirmungen oder ähnliches zugeordnet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Übertragungsleitung derart zu wählen, dass die übertragenen Größen gegenüber elektromagnetischen Feldern unempfindlich sind. Derartige Übertragungsleitungen können beispielsweise als faseroptische Leitungen ausgebildet sein. Die leitungsgebunden übertragenen Messgrößen können über lange Strecken übertragen werden. Somit ist eine Überwachung bzw. Auswertung der Messgrößen an zentralen Punkten möglich.

Vorteilhafterweise kann weiterhin eine Übertragung der Messgröße mittels eines Getriebes vorgesehen sein.

Der Einsatz eines Getriebes ermöglicht eine gegenüber elektromagnetischen Störfeldern unempfindliche Übertragung der Messgröße. Mittels eines Getriebes ist die Messgröße in feinen Stufen übertragbar, wobei das Getriebe selbst verhältnismäßig großen Kräften aussetzbar ist. Eine robuste Konstruktion ist erforderlich, um den schlagartigen Schalt- bzw. Bewegungsabläufen über einen längeren Zeitraum zuverlässig die Messgröße zu übertragen. Durch eine geeignete Getriebekonstruktion sind die gegebenenfalls am Antrieb des Getriebes auftretenden schlagartigen Kräfte vom Abtrieb des Getriebes beispielsweise durch Dämpfungselemente entkoppelbar.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Verschleißanzeige unabhängig vom Schaltzustand der Vakuumschaltröhre den Verschleiß darstellt.

Eine derartige Verschleißanzeige hat den Vorteil, dass bereits vor dem Einschalten einer Vakuumschaltröhre der Verschleiß der Schaltkontaktstücke angezeigt wird. Somit wird vermieden, dass eine Vakuumschaltröhre deren Verschleißgrenze erreicht bzw. überschritten ist, fehlerhafterweise eingeschaltet wird.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass während einer Schaltbewegung die Messgröße kontinuierlich übertragen wird.

Durch die kontinuierliche Übertragung der Messgröße kann die Verschleißanzeige auch als Schaltstellungsanzeige den jeweils aktuellen Ein- bzw. Ausschaltzustand der Vakuumschaltröhre anzeigen. Zusätzliche Anzeigevorrichtungen sind somit nicht erforderlich. Weiterhin ist durch die kontinuierliche Übertragung der Messgröße während einer Schaltbewegung ermöglicht, das Bewegungsprofil des bewegbaren Kontaktstückes zu erfassen und mit einer Soll-Kurve zu vergleichen. Dadurch ist es möglich, nicht nur den Verschleiß zu ermitteln, sondern auch Rückschlüsse über die zum Bewegen des bewegbaren Schaltkontaktstückes verwendete Antriebseinrichtung zu ziehen.

Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Messgröße in Abhängigkeit einer Schaltbewegung phasenweise übertragbar ist.

Werden nur bestimmte Phasen der Schaltbewegung ausgewertet, um Informationen über den Verschleiß der Schaltkontaktstücke zu gewinnen, kann die zu übertragende Menge von Messdaten reduziert werden. Dadurch sind vereinfachte Auswerteeinrichtungen für die Messgröße einsetzbar. Für eine Anzeige des Verschleißes der Schaltkontaktstücke eignet sich in besonderer Weise die letzte Phase der Schaltbewegung bei einem Einschaltvorgang.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Antrieb des Getriebes innerhalb des Kapselungsgehäuses und der Abtrieb des Getriebes außerhalb des Kapselungsgehäuses angeordnet ist.

Durch eine derartige Anordnung ist es in einfacher Weise möglich, eine im Innern des Kapselungsgehäuse aufgenommene Bewegung zu einem Ort außerhalb des Kapselungsgehäuse zu übertragen. Derartige Getriebe können in einer sehr einfachen Art und Weise konstruiert und gefertigt werden.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigt die

1 eine erste Ausgestaltungsvariante einer Verschleißanzeige, die

2 eine zweite Ausgestaltungsvariante einer Verschleißanzeige, die

3 ein erstes Anzeigeelement der ersten Ausgestaltungsvariante der Verschleißanzeige und die

4 ein zweites Anzeigeelement der zweiten Ausgestaltungsvariante der Verschleißanzeige.

Die 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vakuumschaltröhre 1, welche innerhalb eines Kapselungsgehäuse 2 angeordnet ist. Das Kapselungsgehäuse 2 ist gasdicht und zu wesentlichen Teilen aus einem ersten rohrförmigen Isolierkörper 3 und einem zweiten rohrförmigen Isolierkörper 4 gebildet. Der erste rohrförmige Isolierkörper 3 sowie der zweite rohrförmige Isolierkörper 4 sind stirnseitig mit Anschlussflanschen 5a, 5b versehen. Die Anschlussflansche 5a, 5b verbinden die beiden rohrförmigen Isolierkörper 3, 4 gasdicht miteinander. Das Kapselungsgehäuses 2 ist mit einem unter erhöhtem Druck stehenden Isoliergas befällt. Die Vakuumschaltröhre 1 weist ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse auf, welches an seiner ersten Stirnseite von einem ersten Schaltkontaktstück 6 durchdrungen ist. Das erste Schaltkontaktstück 6 ist bewegbar ausgebildet. An der zweiten Stirnseite der Vakuumschaltröhre 1 ist ein zweites Schaltkontaktstück 7 angeordnet. Das zweite Schaltkontaktstück 7 durchdringt die zweite Stirnseite und ist relativ zu dem Gehäuse der Vakuumschaltröhre 1 starr positioniert. Das erste Schaltkontaktstück 6 sowie das zweite Schaltkontaktstück 7 sind koaxial gegenüberliegend angeordnet. Das erste Schaltkontaktstück 6 ist entlang einer Symmetrieachse 8, welche mit der Zylinderachse des zylinderförmigen Gehäuses der Vakuumschaltröhre 1 identisch ist, bewegbar. Links der Symmetrieachse 8 ist die Vakuumschaltröhre 1 in einem ausgeschalteten Zustand dargestellt. Rechts der Symmetrieachse 8 ist die Vakuumschaltröhre 1 in einem eingeschalteten Zustand dargestellt. Das erste Schaltkontaktstück 6 ist mittels eines nicht dargestellten Antriebselementes antreibbar.

An dem aus der Vakuumschaltröhre 1 hinausragenden Ende des ersten Schaltkontaktstückes 6 ist eine Mitnahmevorrichtung 9 angeordnet. Mit der Mitnahmevorrichtung 9 ist eine Zahnstange 10 winkelstarr verbunden. In ihrer Einbaulage erstreckt sich die Zahnstange 10 parallel zu der Symmetrieachse 8. Aufgrund der starren Verbindung der Zahnstange 10 mit der Mitnahmevorrichtung 9 sowie deren starrer Verbindung mit dem ersten Schaltkontaktstück 6 folgt die Zahnstange 10 stets den Bewegungen des ersten Schaltkontaktstückes 6. Die Zahnstange 10 ist innerhalb des Kapselungsgehäuses 2 angeordnet und zwar derart, dass sie in den Bereich der die beiden rohrförmigen Isolierkörper 3, 4 miteinander verbindenden Anschlussflansche 5a, 5b hineinragt. Zwischen den beiden Anschlussflanschen 5a, 5b ist eine hohlzylinderförmige Abstandsscheibe 11 eingelegt. Die Abstandsscheibe 11 weist eine von ihrem Innenmantel zu ihrem Außenmantel verlaufende Öffnung auf. In die Öffnung ist eine Welle 12 eingelegt. Die Welle 12 ist in der Öffnung mittels eines O-Ringes 13 sowie einer elastischen Dichtbuchse 14 abgedichtet, so dass zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Kapselungsgehäuses 2 keinerlei Gasaustausch möglich ist. An dem ins Innere des Kapselungsgehäuses 2 hineinragenden Ende der Welle 12 ist ein Zahnrad 15 befestigt, welches mit der Zahnstange 10 in Wirkverbindung steht.

Bei einer Bewegung des ersten Schaltkontaktstückes 6 wird über die Zahnstange 10, welche als Antrieb des Getriebes dient, sowie über das Zahnrad 15 und die Welle 12, welche als Abtrieb des Getriebes wirkt, die Bewegung des ersten Schaltkontaktstückes 6 kontinuierlich nach außen übertragen. Auf dem außerhalb des Kapselungsgehäuses 2 befindlichen Ende der Welle 12 ist ein Zeiger 16 befestigt. Mit Hilfe einer dem Zeiger 16 zugeordneten Skala ist nunmehr der Schaltzustand (Ein/Aus) sowie der Verschleiß der Kontaktstücke 6, 7 der Vakuumschaltröhre 1 ablesbar (vgl. auch 3). Bei jeder Schaltbewegung wird über das Getriebe der Zeiger 16 mitbewegt. Um den maximalen Verschleiß unabhängig vom Einschalt- oder Ausschaltzustand der Vakuumschaltröhre 1 darstellen zu können, kann der Zeiger 16 mit einem Schleppzeiger, der den jeweils maximalen Ausschlag des Zeigers 16 abbildet, kombiniert werden.

Die Anschlussflansche 5a, b umfassen die jeweiligen rohrförmigen Isolierkörper derart, dass im Inneren des Kapselungsgehäuses ein dielektrisch geschirmter Raum gebildet ist, in welchem ein Hauptteil des Getriebes angeordnet ist.

Neben der rein mechanischen Übertragung und Anzeige des Verschleißes ist bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weiterhin eine elektrische Abtastung des Schaltzustandes bzw. des Verschleißes der Schaltkontaktstücke 6, 7 realisiert. Dazu ist im Inneren des Kapselungsgehäuses 2 eine Widerstandswicklung 17 angeordnet. Mittels eines Schleifkontaktes 18 ist ein Teil der Widerstandswicklung 17 kurzschließbar. Mittels elektrischer Leitungen ist das elektrische Potential zwischen dem Schleifkontakt 18 sowie dem einen Ende der Widerstandswicklung 17 durch eine Wandung des zweiten rohrförmigen Isolierkörpers 4 hindurch nach außen geführt. Mit Hilfe einer Messeinrichtung 19 ist der elektrische Widerstand der Widerstandswicklung 17 außerhalb des Kapselungsgehäuses 2 messbar sowie darstellbar. Da bestimmte Widerstandswerte bestimmten Schaltstellungen des ersten Schaltkontaktstückes 6 zuordbar sind, ist der jeweilige Schaltzustand ermittelbar. Darüber hinaus sind auch dem Verschleißvorrat der Schaltkontaktstücke 6, 7 entsprechende elektrische Widerstandswerte abtastbar und darstellbar.

Das in 2 abgebildete Kapselungsgehäuse 2 sowie der Aufbau der Vakuumschaltröhre 1 sowie weiterer Bauteile entsprechen der in der 1 dargestellten Anordnung. In den 1 und 2 dargestellte, gleichwirkende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

An dem in der 2 dargestellten ersten Schaltkontaktstück 6 ist eine Mitnahmevorrichtung 9 angeordnet. Die Mitnahmevorrichtung 9 ist starr mit dem ersten Schaltkontaktstück 6 verbunden. Weiterhin weist die Mitnahmevorrichtung 9 eine zylinderförmige Ausnehmung 20 auf. Die Zylinderachse der zylinderförmigen Ausnehmung 20 liegt parallel zu der Symmetrieachse 8. In der zylinderförmigen Ausnehmung 20 ist ein zylinderförmiger Abschnitt einer weiteren Zahnstange 21 gleitend gelagert. An dem der Vakuumschaltröhre 1 zugewandten Ende des zylinderförmigen Abschnittes der weiteren Zahnstange 21 ist ein verdickter Kopf 22 angeordnet. An dem von der Vakuumschaltröhre 1 abgewandten Ende des zylinderförmigen Abschnittes der weiteren Zahnstange 21 weist die Zahnstange eine Verzahnung auf. Ebenso wie in der ersten Ausgestaltungsvariante greift eine Welle 12 von der inneren Mantelfläche der Abstandsscheibe 11 durch eine Öffnung zu der äußeren Mantelfläche hindurch. Die Welle 12 ist in der zweiten Ausführungsvariante der Verschleißanzeige mittels eines einzelnen O-Ringes 13 abgedichtet. Bei einer Einschaltbewegung des ersten Schaltkontaktstückes 6 gleitet die zylinderförmige Ausnehmung 20 in Richtung des Kopfes 22 der weiteren Zahnstange 21. Bei einem Anschlagen der Mitnahmevorrichtung 9 gegen den Kopf 22 wird die weitere Zahnstange 21 in Richtung der Vakuumschaltröhre 1 mitbewegt. Aufgrund der Anordnung des Zahnrades 15 an der Welle 12 sowie dessen Wirkverbindung mit der weiteren Zahnstange 21 wird diese Bewegung über die Welle 12 nach außen übertragen und dort zur Anzeige gebracht. Während einer folgenden Ausschaltbewegung gleitet die zylinderförmige Ausnehmung 20 an dem zylinderförmigen Abschnitt der weiteren Zahnstange 21 entlang. Die weitere Zahnstange 21 verbleibt in ihrer Auslenkung, das heißt, die weitere Zahnstange 21 überträgt den gemessenen Weg nur phasenweise während einer Einschaltbewegung, insbesondere während der letzten Phase einer Einschaltbewegung. Durch die mechanisch einfache Konstruktion ist gewährleistet, dass der Zeiger 16 der zweiten Ausgestaltungsvariante einer Verschleißanzeige den Maximalhub des ersten Schaltkontaktstückes 6 abbildet und zwar unabhängig von dem jeweils aktuellen Schaltzustand der Vakuumschaltröhre 1. Zusätzlich ist der weiteren Zahnstange 21 eine optische Erfassungseinrichtung für den Schaltzustand sowie den Verschleiß der Schaltkontaktstücke 6, 7 der Vakuumschaltröhre 1 zugeordnet. An der weiteren Zahnstange 21 ist ein Maßstab 24 angeordnet. Der Maßstab 24 ist durch das Messfeld eines optischen Sensors 25 hindurchführbar. Die während einer Bewegung entstehenden Messimpulse des optischen Sensors 25 sind beispielsweise mittels einer faseroptischen Leitung 26 gasdicht durch eine Wandung des ersten rohrförmigen Isolierkörpers 3 hindurch nach außen übertragbar und dort auswertbar.

Die 3 und 4 zeigen beispielhaft Anzeigevorrichtungen zur Darstellung des Schalt- bzw. Verschleißzustandes der Schaltkontaktstücke 6, 7 der Vakuumschaltröhre 1.

Die in der 3 dargestellte Anzeigevorrichtung ist insbesondere für die Darstellung einer kontinuierlichen Übertragung der Messgröße während einer Schaltbewegung geeignet. Der Bewegungsablauf des ersten Schaltkontaktstückes 6 ist anhand der Skalierung vom ausgeschalteten Zustand 0, zum eingeschalteten Zustand I und darüber hinaus auch im Verschleißbereich 27 ablesbar.

Die in der 4 gezeigte Anzeigevorrichtung ist für die phasenweise Übertragung der Messgröße in Abhängigkeit einer Schaltbewegung geeignet. Der Zeiger 16 überschreitet eine Skala mit einem ersten Abschnitt 28 sowie einem zweiten Abschnitt 29, wobei bei einer Stellung des Zeigers 16 im ersten Abschnitt auf einen Verschleiß der Schaltkontaktstücke 6, 7 zu schließen ist und einer Stellung des Zeigers 16 im zweiten Abschnitt 29 ein Hinweis darauf ist, dass der Verschleißvorrat der Schaltkontaktstücke 6, 7 erschöpft ist.

Eine derartige Anzeigevorrichtung ist beispielsweise mit der in der 2 dargestellten Ausgestaltungsvariante einer Verschleißanzeige kombinierbar.

Die Verwendung der in den 1 und 2 dargestellten Getriebe ist nicht nur auf die Kombination mit Vakuumschaltröhren begrenzt. Derartige Getriebe sind auch mit anderen Schaltgeräten wie z.B. druckgasisolierten Hochspannungs-Leistungsschaltern, Lastschaltern oder Trennschaltern, verwendbar.


Anspruch[de]
  1. Verschleißanzeige für ein relativ zu einem zweiten Schaltkontaktstück (7) bewegbares erstes Schaltkontaktstück (6) einer Vakuumschaltröhre (1), die innerhalb eines Kapselungsgehäuses (2) angeordnet ist, wobei mittels der Verschleißanzeige ein Verschleiß der Schaltkontaktstücke (6, 7) darstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungsgehäuse (2) gasdicht ausgeführt und eine den Verschleiß abbildende Messgröße außerhalb des Kapselungsgehäuses (2) darstellbar ist.
  2. Verschleißanzeige nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine leitungsgebundene Übertragung der Messgröße.
  3. Verschleißanzeige nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Übertragung der Messgröße mittels eines Getriebes.
  4. Verschleißanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißanzeige unabhängig vom Schaltzustand der Vakuumschaltröhre (1) den Verschleiß darstellt.
  5. Verschleißanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Schaltbewegung die Messgröße kontinuierlich übertragen wird.
  6. Verschleißanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße in Abhängigkeit einer Schaltbewegung phasenweise übertragbar ist.
  7. Verschleißanzeige nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Getriebes innerhalb des Kapselungsgehäuses (2) und der Abtrieb des Getriebes außerhalb des Kapselungsgehäuses (2) angeordnet ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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