DE3906786C2

DE3906786C2 -

Info

Publication number: DE3906786C2
Application number: DE19893906786
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. Reichl (Fh), 8409 Tegernheim, De; Werner 8400 Regensburg De Heinzelmann
Original assignee: Sachsenwerk AG
Current assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1990-12-13
Also published as: DE3906786A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsmechanismus mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiger Schalter ist durch die DE-PS 31 47 016 bekannt. Bei diesem Schalter ist die Koppelstange mit ihren Gelenkpunkten in einer in Achsrichtung angeordneten Längsführung und einer dazu rechtwinkelig verlaufenden Querführung geführt. Die beiden Gelenkpunkte befinden sich in der Einschaltstellung in der Achse des Schalters und somit im Totpunkt. Im Kraftschluß des Kontaktbolzens des beweglichen Schaltkontakts ist ein elastisches Glied zur Erzeugung der Kontaktkraft vorgesehen. In der Totpunktlage befindet sich der bekannte Schalter im labilen Gleichgewicht; d. h. das auf den Schaltkontakt wirkende elastische Glied erzeugt mit zunehmender Abweichung von der Gleichgewichtslage eine rasch anwachsende Kraftkomponente in Richtung der Querführung. Bei den üblichen Fertigungstoleranzen von Vakuumschaltern können solche Abweichungen nur durch eine aufwendige Feineinstellbarkeit der Antriebsstange oder anderer Bauteile mit Sicherheit vermieden werden. Wenn das Umlenkgetriebe des bekannten Schalters vor der Totpunktstellung stehen bleibt, so erhöht die Kraftkomponente unter anderem die Auslösekraft der Verriegelung für den Ausschaltspeicher; bleibt es nach Durchlaufen der Totpunktstellung stehen, so muß der Ausschaltspeicher zusätzlich die Energie zur Überwindung des Weges bis zum Totpunkt aufbringen, was zumindestens zu einer Vergrößerung der Ausschaltzeit, wenn nicht zu einem Ausschaltversagen führen kann. Durch die Auslegung der Querführung werden die üblichen Fertigungstoleranzen bei dem bekannten Schalter außerdem zu stark voneinander abweichenden Kontaktentfernungen in der Ausschaltstellung führen.

Es ist auch ein Antriebsmechanismus für die Betätigung eines Vakuumschalters gemäß DE 81 09 221 U1 bekannt, bei dem in der axialen Verlängerung des beweglichen Kontaktbolzens der Vakuumschaltkammer ein ebenfalls verschiebbar gelagerter Bolzen liegt, an dessen äußeres, freies Ende ein Dreieckshebel angelenkt ist, der in einem Hebelarm eine Kulissenführung aufweist, in die ein ortsfester Gleitbolzen eingreift. Die Kulissenführung verläuft im wesentlichen quer zur Verstelleinrichtung des Bolzens und weist einen mittleren Abschnitt auf, der gegenüber der Verschiebeachse des Bolzens bogenförmig geneigt ist. Die Endabschnitte der Kulissenführung sind jeweils mit gerader Achse ausgeführt, die zumindest annähernd senkrecht zur Verschiebeachse des Bolzens stehen, wenn der betreffende Endabschnitt mit dem Gleitbolzen in Eingriff tritt. Abgesehen davon, daß beim Schaltvorgang über den Winkelhebel erhebliche Querkräfte auf den damit verbundenen Bolzen ausgeübt werden, die durch entsprechend stabile Gestaltung der Lagerung aufgefangen werden müssen, weisen die geraden Endabschnitte der Kulissenführung nur in einem Berührungspunkt eine senkrecht zur Verschieberichtung des Bolzens stehende Lage auf, in der keine Rückstellkraft auf den Antrieb auftritt. Aufgrund von im Betrieb unvermeidbaren Toleranzen im Antriebsmechanismus wird auch hier die angestrebte Totpunktstellungg nicht mit Sicherheit erreicht.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der kinematischen Auslegung des Antriebsmechanismus eines Vakuumschalters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart, daß die üblichen Fertigungstoleranzen des ganzen Schalters keinen Einfluß auf die Einhaltung der Sperrlage in der Einschaltstellung und auf die Kontaktentfernung in der Auschaltstellung ausüben können.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.

Der anstelle der singulären Totpunktlage der beiden Drehgelenke in der Einschaltstellung des Vakuumschalters vorgesehene Sperrbereich am Ende der Querführung ist so ausgebildet, daß das zweite Drehgelenk der Koppelstange an jeder Stelle innerhalb dieses Sperrbereichs keine Reaktionskraft auf die Antriebsstange und somit auf den Energiespeicher des Vakuumschalters ausübt. Dieser Sperrbereich ist dabei mehrere Millimeter lang, um die Toleranzen aller den Schalterhub beeinflussenden Bauteile so zu kompensieren, daß das zweite Drehgelenk in der Einschaltstellung an einem beliebigen Ort innerhalb dieses Sperrbereichs steht. Mit dem zweiten Sperrbereich am anderen Ende der Querführung wird in ähnlicher Weise unabhängig von allen Maßtoleranzen erreicht, daß die Kontaktentfernung der geöffneten Schaltkontakte in der Ausschaltstellung einen bestimmten, nur vom geforderten Isoliervermögen abhängigen Wert erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Aufbau eines Vakuumschalters mit dem erfindungsgemäßen Antriebsmechanismus.

Fig. 2 Schematische Darstellung der Kinematik des Antriebsmechanismus; Querführung auf einer Seite von der Achse des Vakuumschalters.

Fig. 3 wie Fig. 2; Querführung beidseitig von der Achse des Vakuumschalters.

Fig. 4 Schematische Darstellung der Längs- und Querführung bei unterschiedlichen Schaltwegen.

Fig. 5 Schematische Darstellung des Antriebsmechanismus bei Einbau des elastischen Gliedes in der Koppelstange.

Auf Fig. 1 ist ein Vakuumschalter 20 mit seinen Anschlüssen dargestellt; der obere Anschluß 21 ist dabei über einen beweglichen Kontakt und den Kontaktbolzen 7 mit dem nicht dargestellten beweglichen Schaltkontakt verbunden, während der untere Anschluß 22 mit dem festen Schaltkontakt in Verbindung steht. Der Antriebsmechanismus besteht aus der Längsführung 1, der Querführung 2, der Koppelstange 6 und der Antriebsstange 8, die die Verbindung zu einem nicht dargestellten Energiespeicher herstellt. Die Koppelstange 6 ist durch ein erstes Drehgelenk 11 in der Längsführung 1 und durch ein zweites Drehgelenk 12 in der Querführung 2 verschiebbar gelagert. Zwischen dem Kontaktbolzen 7 und dem ersten Drehgelenk 11 befindet sich ein elastisches Glied in Form einer Feder 13 zur Erzeugung der zwischen den Schaltkontakten erforderlichen Kontaktkraft, die durch den mit dem Drehgelenk 11 verbundenen Bolzen 14 und die Hülse 15 in bekannter Weise eine Hubbegrenzung erfährt.

Die beiden Langlochführungen 1 und 2 sind vorteilhaft in eine gemeinsame Platte 16 eingearbeitet, zwei gleichartige Platten 16 umgeben die Koppelstange 6. Zylindrische Bolzen verbinden dabei die Koppelstange 6 mit den Führungen 1 und 2, sie bilden so das erste und zweite Drehgelenk 11, 12. Die Antriebsstange 8 ist ebenfalls mit dem zweiten Drehgelenk 12 verbunden; sie kann dabei auch zwischen den beiden Platten 16 angeordnet sein. In der Fig. 1 ist der Vakuumschalter 20 in der eingeschalteten Stellung dargestellt.

Das kinematische Prinzip, auf dem die Erfindung beruht, ist aus Fig. 2 zu entnehmen. Dort ist mit A-A die Achse des Vakuumschalters bezeichnet, in der die Führung 1 des ersten Gelenkpunkts 11 angeordnet ist. Unter einem beliebigen Winkel zur Achse A-A liegt die Querführung 2, in der der zweite Gelenkpunkt 12 geführt ist. Die beiden Gelenkpunkte 11 und 12 sind durch die Koppelstange 6 in jeder Lage miteinander verbunden. Der erste Gelenkpunkt befindet sich in seiner unteren Stellung 11a in der Einschaltstellung des Vakuumschalters, während er in der oberen Stellung 11b in der Ausschaltstellung des Vakuumschalters gezeigt ist. Die Querführung 2 hat einen ersten Abschnitt 3, dessen Mittellinie auf einem Kreisbogen um den Gelenkpunkt in der Stellung 11a liegt, wobei der Radius r_e gleich der wirksamen Länge der Koppelstange 6 ist. An den ersten Abschnitt 3 schließt sich der zweite Abschnitt 4 der Querführung an, der im allgemeinen geradlinig verläuft. Die Querführung 2 wird mit dem dritten Abschnitt 5 abgeschlossen, dessen Mittellinie wiederum auf einem Kreisbogen liegt, dessen Mittelpunkt in der oberen Stellung 11b des ersten Gelenkpunktes angeordnet ist und dessen Radius r_e gleich der wirksamen Länge der Koppelstange 6 entspricht. An den ersten Gelenkpunkt 11 ist außerdem der Bolzen 14 angelenkt, der über die Feder 13 auf den Kontaktbolzen 7 des beweglichen Schaltkontakts wirkt. Am zweiten Gelenkpunkt 12 wird durch die Antriebsstange 8 eine Verbindung zum Energiespeicher des Vakuumschalters hergestellt.

Während einer Ein- und Ausschaltung wird vom nicht dargestellten Energiespeicher über die Antriebsstange 8 auf den zweiten Gelenkpunkt 12 die Kraft K ausgeübt, die letzteren über einen Weg l bewegt, der von dem Schubgetriebe als Gesamthub h auf den Vakuumschalter übertragen wird.

Die Fertigungstoleranzen der Energiespeicher und der restlichen Schalterbauteile können bei den bekannten mehrpoligen Schaltern zur Folge haben, daß der gemeinsame Energiespeicher auf jeden Pol zwar denselben Weg l übertägt und sich dabei aber die Endstellungen nicht decken. Andererseits können die Toleranzen auch dazu führen, daß auf die einzelnen Pole des Schalters unterschiedliche Wege l₁, l₂, l₃, übertragen werden. Die Auslegung der Querführung erfolgt erfindungsgemäß immer so, daß in beiden Endstellungen für alle Pole die zweiten Drehgelenke 12 in dem jeweiligen ersten oder dritten Abschnitt 3, 5 der Querführung 2 stehen. Aufgrund der angegebenen Dimensionierung der Querführung mit den beschriebenen Endabschnitten 3 und 5 gelingt es trotz der angegebenen Toleranzprobleme für alle Schalter einer Ausführung, z. B. für eine bestimmte Nennspannung, denselben Gesamthub h der Schaltkontakte sicherzustellen.

Darüber hinaus bedeutet die kreisbogenförmige Führung des zweiten Gelenkpunkts 12 im ersten Abschnitt 3 der Querführung 2, daß die Kontaktkraft des Vakuumschalters in der Einschaltstellung trotz aller Maßtoleranzen keine Rückwirkungen auf den Energiespeicher oder dessen Auslösemechanismen hervorrufen kann.

Um die Exaktheit der Antriebsbewegung auf die Schaltkontakte weiter zu verbessern, ist es nach Fig. 1 vorteilhaft, die Führungen 1 und 2 in einer gemeinsamen Platte 16 anzubringen. Diese Platten können in wirtschaftlicher Weise mit einem geeigneten Werkzeug mit hoher Gleichmäßigkeit produziert werden. Während in den Fig. 1 und 2 der erfindungsgemäße Antriebsmechanismus auf einer Seite der Schalterachse A-A untergebracht ist, läßt sich nach Fig. 3 derselbe auch beidseitig von dieser Achse anordnen. Dabei läßt sich die Ausladung der die Führungen 1, 2 tragenden Platte 16 gegen das Erdpotential minimieren. Es gelten dieselben Bezugszeichen wie bei den Fig. 1 und 2. Eine Anordnung nach Fig. 3 eignet sich bevorzugt für kleine Schalter mit geringen Abständen gegen das Erdpotential, wie Vakuumschützen für eine Nennspannung von 7,2 KV oder weniger.

Die Erfindungsidee läßt sich in vorteilhafter Weise auch zur rationellen Auslegung des Antriebsmechanismus von Vakuumschaltern für verschiedene Spannungsbereiche, d. h. für Vakuumschaltkammer mit verschieden großen Schalthüben ausnutzen. In Fig. 4 ist zu erkennen, daß bei gegebener Längsführung 1 für drei verschiedene Schaltergrößen eine einzige bestimmte Stellung des ersten Drehgelenks 11 in der Einschaltstellung eingenommen wird. Mit einer gegebenen Koppelstange 6 ergibt sich somit eine bestimmte Lage der Querführung 2 mit derem ersten Abschnitt 3. Für die Schalter mit relativ kleiner Nennspannung, z. B. 12 kV, genügt der Schalterhub h_c, aus dem sich bei einem bestimmten konstanten Antriebsweg l der Antriebsstange die Lage des zweiten Drehgelenks 12 ergibt. Die Koppelstange 6 hat demnach in der Ausschaltstellung dieses Schalters die mit 6c angegebene Lage. Durch diese Festlegung ergibt sich unter Berücksichtigung des weiter oben beschriebenen die Position des dritten Abschnitts 5c der Querführung 2 und ein mittlerer Neigungswinkel α_c gegenüber der Längsachse A-A.

Für einen Schalter einer mittleren Spannungsreihe, z. B. 24 kV, wird angenommen, daß der Schalterhub die Größe von h_b aufweist. Bei konstantem Antriebsweg l ergibt sich wiederum eine bestimmte Position für das zweite Drehgelenk 12 in der Ausschaltstellung des Schalters. Sie liegt auf derselben Ordinate durch den Punkt, den das zweite Drehgelenk 12 für den ersten Schalter eingenommen hat. Der mittlere Neigungswinkel der Querführung α_b ist kleiner als α_c.

Für einen Schalter der größeren Nennspannungen, z. B. 36 kV, ist auch ein größerer Schalterhub h_a in der Längsführung 1 vorgesehen. Die Querführung bestimmt sich auf ähnliche Weise wie bei den beiden anderen Schaltern, die Lage der Koppelstange in der Ausschaltstellung des Vakuumschalters ist mit 6a angegeben. Die mittlere Neigung der Querführung ist hier noch kleiner und beträgt α_a. Aufgrund der in Fig. 2 angegebenen Merkmale zur die Querführung 2 ergibt sich eine gleichbleibende Position für deren ersten Abschnitt 3 für alle drei Schaltergrößen.

Wenn das elastische Glied nach Fig. 1 als Feder 13 zwischen dem Kontaktbolzen 7 und dem ersten Drehgelenk 11 angeordnet ist, ergibt sich eine Koppelstange 6 mit konstanter Länge während des gesamten Bewegungsablaufs. Nach Fig. 2 sind dabei die Radien r_e und r_a gleich groß und entsprechen der wirksamen Länge der Koppelstange 6 zwischen den beiden Drehgelenken 11, 12.

Die Erfindung läßt sich jedoch auch auf solche Antriebsmechanismen anwenden, bei denen gemäß Fig. 5 das elastische Glied, wie beispielsweise aus der Patentschrift US-PS 35 97 556 bekannt, als Druckfeder 9 in die Koppelstange eingebaut ist. Die Koppelstange besteht dabei aus der Stange 17, die mit dem ersten Drehgelenk 11 verbunden ist und deren kolbenförmige Erweiterung das Federwiderlager 18 bildet, und aus der Hülse 19, die an das zweite Drehgelenk 12 angelenkt ist und deren Abschlußplatte 10 als Hubbegrenzung für die Druckfeder 9 wirkt und dazu die Stange 17 umgreift.

In der eingeschalteten Stellung des Vakuumschalters stehen die beiden Drehgelenke in den Positionen 11a und 12a und die Druckfeder 9 ist zusammengedrückt und wirkt dabei auf die Schaltkontakte. Der Radius r_e für den ersten Abschnitt 3 der Querführung 2 entspricht der Entfernung der Drehgelenke 11a-12a. In der ausgeschalteten Stellung des Schalters haben die beiden Drehgelenke die Positionen 11b und 12b eingenommen und die Druckfeder 9 stützt sich zwischen Hülse 19 und Federwiderlager 18 ab, wobei letzters an der Abschlußplatte 10 anliegt. Der Radius r_a für den dritten Abschnitt 5 der Querführung entspricht der Entfernung 11b-12b, er ist größer als r_e.

Bezugszeichenliste

1 Längsführung
2 Querführung
3 erster Abschnitt der Querführung
4 zweiter Abschnitt der Querführung
5 dritter Abschnitt der Querführung
6 Koppelstange
7 Kontaktbolzen
8 Antriebsstange
9 Druckfeder
10 Abschlußplatte
11, 11a, 11b erstes Drehgelenk
12, 12a, 12b zweites Drehgelenk
13 Feder
14 Bolzen
15 Hülse
16 Platte
17 Stange
18 Federwiderlager
19 Hülse
20 Vakuumschalter
21 oberer Anschluß
22 unterer Anschluß

Claims

1. Antriebsmechanismus für die Betätigung eines Vakuumschalters

- mit einem in den Kraftfluß des Antriebsmechanismus einbezogenen elastischen Glied (13) zur Erzeugung der Kontaktkraft in der Einschaltstellung des Vakuumschalters, und
- mit einem Schubgelenkgetriebe, das einen Kontaktbolzen (7) eines in Achsrichtung des Vakuumschalters beweglichen Schaltkontakts mit einem Schalterantrieb in Verbindung bringt,
- welches aus mindestens einer Koppelstange (6) besteht, die über ein in Achsrichtung (A) des Vakuumschalters längsgeführtes erstes Drehgelenk (11) mit dem Kontaktbolzen (7) und
- über ein zweites, quergeführtes Drehgelenk (12) mit einer Antriebsstange (3) verbunden ist und
- deren Drehgelenke (11, 12) in den jeweiligen Führungen (1, 2) so verschiebbar sind, daß sie sich in der Einschaltstellung des Vakuumschalters in einer Totpunktstellung befinden,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Querführung (2) an ihren beiden Enden je einen bogenförmigen Abschnitt (3, 5) aufweist, in dem sich das zweite Drehgelenk (12) im letzten Teil einer jeden von der Antriebsstange (8) übertragenen Schaltbewegung in einem Sperrbereich befindet und dabei keine Bewegung mehr auf den beweglichen Schaltkontakt überträgt und
- daß die Krümmungsradien (ra, re) der Abschnitte (3, 5) durch die Länge der Koppelstange (6) definiert sind und ihre Mittelpunkte auf der Schalterachse (A) liegen.

2. Antriebsmechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Querführung (2) besteht aus
- - einem ersten Abschnitt (3) mit wenigstens annähernd kreisbogenförmigem Verlauf, dessen Mittelpunkt vom ersten Gelenkpunkt (11a) in der Einschaltstellung des Schalters und dessen Radius (re) von der zugehörigen Länge der Koppelstange (6) gebildet ist,
- - einem zweiten, sich an den ersten anschließenden Abschnitt (4) mit vorzugsweise geradlinigem Verlauf, sowie
- - einem dritten, sich an den zweiten anschließenden Abschnitt (5) mit wenigstens annähernd kreisbogenförmigem Verlauf, dessen Mittelpunkt vom ersten Gelenkpunkt (11b) in der Ausschaltstellung des Schalters und dessen Radius (ra) von der zugehörigen Länge der Koppelstange (6) gebildet ist, und
b) der zweite Gelenkpunkt (12) durchläuft während jeder Schaltbewegung nacheinander alle drei Abschnitte (3, 4, 5) der Querführung (2) in der einen oder anderen Richtung.

3. Antriebsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem von der Antriebsstange (8) vorgegebenen, konstanten Antriebsweg (1) des zweiten Drehgelenks (12) durch Variation der Neigung (α_a, α_b, α_c) der Querführung (2) verschieden große Hübe (ha, hb, hc) des ersten Drehgelenks (11) und somit auch des beweglichen Schaltkontakts erzielbar sind.

4. Antriebsmechanismus nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied als hubbegrenzte Feder (13) ausgebildet ist.

5. Antriebsmechanismus nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die hubbegrenzte Feder (13) achsengleich mit dem Kontaktbolzen (7) des beweglichen Schaltkontakts angeordnet ist.

6. Antriebsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hubbegrenzte Feder (13) in die Koppelstange (6) einbezogen ist, und daß der Radius (re) des ersten Abschnitts (3) der Querführung (2) um den Arbeitshub der Feder zwischen der Ausschaltstellung und der Einschaltstellung des Vakuumschalters kleiner als des Radius (ra) des dritten Abschnitts (5) ist.

7. Antriebsmechanismus nach jeder der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Abschnitte (3, 4, 5) der Querführung (2) auf einer Seite der Längsachse des Vakuumschalter angeordnet sind.

8. Antriebsmechanismus nach jedem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (3, 4, 5) der Querführung (2) auf verschiedenen Seiten der Längsachse des Vakuumschalters angeordnet sind.

9. Antriebsmechanismus nach jedem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsführung (1) und die Querführung (2) als Langlöcher ausgebildet sind, in denen die Drehgelenke (11, 12) mittels Bolzen verschiebbar geführt sind.

10. Antriebsmechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs (1)- und die Querführung (2) beidseitig der Drehgelenke (11, 12) angeordnet sind.

11. Antriebsmechanismus nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Führungen (1, 2) in gemeinsamen vorzugsweise plattenförmigen Lagerteilen (16) untergebracht sind.