DE4133091C2 - Vakuumschalter mit einer Antriebsvorrichtung und einer Polantriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit folgenden Merkmalen:

Eine Antriebsvorrichtung zur Bereitstellung einer Antriebs­ kraft für wenigstens eine Vakuumschaltröhre;
eine die Vakuumschaltröhre an ihrem einen Ende aufnehmende Polantriebseinheit, bestehend aus einem Träger, einer die Bewegungsrichtung der Antriebsvorrichtung umlenkenden Hebelanordnung und einer Anschlußvorrichtung zur Ver­ bindung eines bewegbaren Antriebsstößels der Vakuum­ schaltröhre mit einem äußeren Leiter;
der Träger ist als U-förmiges Blechteil mit einem Mittelteil und zwei Schenkeln ausgebildet;
ein Stützisolator zur Verbindung der Antriebsvorrichtung mit dem Träger ist mit seinem einen Ende an dem Mittelteil des Trägers befestigt;
in den Schenkeln des Trägers sind fluchtende Langlöcher zur Aufnahme der Enden eines den Antriebsstößel der Vakuumschaltröhre geradlinig führenden und eine Antriebs­ kraft übertragenden Bolzens angeordnet;
eine isolierende Koppelstange zur Verbindung der Antriebs­ vorrichtung mit der umlenkenden Hebelanordnung und eine beim Einschalten der Vakuumschaltröhre zu spannende Kontaktkraftfeder sowie ein die Kontaktkraftfeder ab­ stützendes Widerlager ist zwischen den Schenkeln des Trägers angeordnet.

Ein Vakuumschalter mit diesen Merkmalen ist durch die EP 0 172 986 B1 bekannt geworden.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, den Träger als Bestandteil der Polantriebseinheit so zu gestalten, daß das die Kontaktkraftfeder abstützende Widerlager leicht montierbar ist, der Träger dabei aber bei geringem Gewicht eine hohe mechanische Festigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende weitere Merkmale gelöst:
der Abstand der Schenkel des Trägers ist durch elastische Biegung erweiterbar;
das Widerlager der Kontaktkraftfeder ist ortsfest angeord­ net und plattenförmig mit einer Breite ausgebildet, die dem Abstand der Schenkel im Ruhezustand entspricht; an den zur Anlage an den Schenkeln des Trägers bestimmten Schmal­ seiten des Widerlagers sind Zapfen zum Eingreifen in zuge­ ordnete Durchbrechungen der Schenkel angeordnet und die Anschlußvorrichtung ist als eine die Schenkel verbindende und versteifende Baugruppe ausgebildet.

Bei der Polantriebseinheit läßt sich aufgrund der Merkmale der Erfindung das Widerlager der Kontaktkraftfeder nach Aufbiegung der Schenkel des Trägers einschieben, bis die Zapfen in die ihnen zugeordneten Durchbrechungen eingrei­ fen können. Wird dann die auf die Schenkel zur Einwirkung gebrachte Spreizkraft aufgehoben, so ist das Widerlager zwischen den Schenkeln des Trägers formschlüssig befestigt. Das Anbringen zusätzlicher Befestigungselemente ist daher entbehrlich. Das aus der DE 32 18 907 ersichtliche Wider­ lager der Druckfeder läßt dagegen keine konstruktiven Ein­ zelheiten im Zusammenhang mit der Polantriebseinheit er­ kennen. Gleiches trifft für den durch die DE 22 54 812 bekannten Hochspannungsschalter mit Antrieb zu.

Die Biegsamkeit der Schenkel des Trägers ist in bekannter Weise durch eine geeignete Wahl der Dicke des Materials zu erreichen. Der Träger ist daher ein verhältnismäßig dünnes und leichtes Bauteil. Dennoch vermag dieses Bauteil seine Aufgabe zu erfüllen, die umlenkende Hebelanordnung sicher zu führen, weil die Anschlußvorrichtung die Schenkel mit­ einander verbindet und hierdurch ein geschlossener und steifer Rahmen gebildet wird.

Ein im Querschnitt U-förmiger Sockel für eine Vakuumschalt­ röhre mit einer die Schenkel verbindenden Anschlußvorrich­ tung ist an sich bekannt (EP 0 161 349 A2). Hierbei kommt es allerdings auf eine versteifende Wirkung der Anschluß­ vorrichtung und die Festigkeit des Sockels nicht an, weil dieser nur im Zusammenhang mit der Stromübertragung von dem bewegbaren Anschlußbolzen der Vakuumschaltröhre zu der ortsfesten Anschlußvorrichtung steht.

Aus aus der Druckschrift "Vakuumschalttechnik", Siemens AG; Bestell-Nr. A19100-E139-B162; ist ein Sockel bekannt. Aller­ dings sind den Bildern auf Seite 8, 9 und 11 nur wenige konstruktive Merkmale zu entnehmen, wobei die Polantriebs­ einheit insgesamt anders aufgebaut ist.

Durch weitere Merkmale kann der Vakuumschalter nach der Erfindung noch verbessert werden. Insbesondere können in den Schenkeln des Trägers Durchbrüche als Zugangsöffnung zu einer Klemmvorrichtung am bewegbaren Antriebsstößel der Vakuumschaltröhre angeordnet sein. Daher kann die Vakuumschaltröhre montiert oder demontiert werden, wenn die Polantriebseinheit im übrigen fertig montiert ist. Durchbrüche in einem Schenkel einer Polantriebseinheit sind an sich bekannt (Sonderdruck aus DE-Zeitschrift "Siemens-Zeitschrift", 52. Jahrg., Heft 12, Dez. 1978, Seiten 661 bis 665, Bild 1). Zur Versteifung der Polan­ triebseinheit kann noch dadurch beigetragen werden, daß der Stützisolator nahe dem der Vakuumschaltröhre zuge­ wandten Ende des Trägers unter Einfügung einer isolieren­ den Stützstrebe an dem Mittelteil des Trägers befestigt ist und daß die Kante des Mittelteiles am Ende des Trägers abgerundet und/oder angebogen ausgebildet ist. Die Ab­ rundung oder Anbiegung an dem Mittelteil des Trägers wird durch den verhältnismäßig geringen Materialquerschnitt erleichtert und führt sowohl zu einer örtlichen Ver­ steifung als auch zu einer vorteilhaften Steuerung des elektrischen Feldverlaufes in diesem Bereich.

Die Stützstrebe kann hierbei mit dem Mittelteil des Trägers durch Formschluß verbunden sein. Dies kann in vorteilhafterweise gleichfalls durch ausgebogene Zapfen erreicht werden, die sich an dem Mittelteil des Tragers befinden.

Wie eingangs erwähnt, ist die Anschlußvorrichtung als eine die Schenkel verbindende und versteifende Baugruppe ausgebildet. Dabei sind nach Weiterbildungen der Erfindung je nach der zu erwartenden Erwärmung unterschiedliche Bauformen vorgesehen.

Bei normalen Werten der Erwärmung kann die Anschlußvor­ richtung vorteilhaft als U-förmiges Stanz-Biege-Teil mit einem Mittelteil und Schenkeln ausgebildet sein, wobei die Schenkel der Anschlußvorrichtung die Schenkel des Trägers übergreifen und wobei der Mittelteil der Anschlußvor­ richtung als Träger einer Anschlußkontaktfläche dient. Sofern vorgesehen ist, sowohl den U-förmigen Träger als auch die Anschlußvorrichtung aus Stahlblech herzustellen, kann es vorteilhaft sein, zumindest bei Anwendungen im oberen Bereich der vorgesehenen Nennströme des Vakuum­ schalters die Schenkel des Trägers mit randseitig offenen Ausnehmungen im Bereich eines den bewegbaren Anschluß­ bolzen der zugehörigen Vakuumschaltröhre mit der Anschluß­ vorrichtung verbindenden biegsamen Leiters zu versehen. Auf diese Weise wird im Bereich des biegsamen Leiters der Querschnitt des geschlossenen Eisenkreises derart ge­ schwächt, daß die Erwärmung aufgrund von Wirbelströmen ein zulässiges Maß nicht überschreitet.

Für höhere Nennströme, die zu einer stärkeren Erwärmung führen, empfiehlt es sich, die Anschlußvorrichtung als einen mit Kühlrippen versehenen U-förmigen Metall-Gußkörper auszubilden, der Schenkel zum Übergreifen der Schenkel des Trägers und ein von Rippen freies Mittelteil als Träger einer Anschlußkontaktfläche besitzt.

An sich ist es bekannt, eine Polantriebseinheit insgesamt als mit Rippen versehenen Metall-Gußkörper auszubilden (DE-Zeitschrift "Elektrizitätswirtschaft", Jg. 85 (1986), Heft 16/17, Seite 589 bis 592, Bilder 1 und 4).

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht einen Pol eines Vakuum-Leistungsschalters mit den zur Befestigung dienen­ den Stützisolatoren, jedoch ohne Antriebsvorrichtung,

Fig. 2, 3 und 4 in einer Seitenansicht, einer Stirnansicht und in der Draufsicht den Träger einer Polantriebseinheit des Leistungsschalters gemäß der Fig. 1,

Fig. 5, 6 und 7 eine als Blechteil ausgebildete brückenartige Anschlußvorrichtung in einer Stirnansicht, einer Seitenansicht und im Querschnitt,

Fig. 8 in einer Seitenansicht einen Vakuum-Leistungsschalter mit einer als Rippen-Gußkörper ausgebildeten Anschlußvorrichtung,

Fig. 9, 10 und 11 die Anschlußvorrichtung des Leistungsschalters gemäß der Fig. 8 als Einzelteil in einer Seitenansicht, einer Stirnansicht und in der Draufsicht.

Die in der Fig. 1 gezeigte Poleinheit 1 umfaßt eine Vakuumschaltröhre 2, einen Polkopf 3 mit einer oberen Anschlußvorrichtung 4 sowie eine Polantriebseinheit 5 mit einer unteren Anschlußvorrichtung 6. Der Polkopf 3 und die Polantriebseinheit 5 sind zur Versteifung mit zwei vorderen isolierenden Stützstreben 7 und einer hinteren isolierenden Stützstrebe 8 verbunden. Ferner sind an dem Polkopf 3 und der Polantriebseinheit 5 jeweils ein Stützisolator 10 befestigt. Die Stützisolatoren 10 dienen zur Anbringung der Poleinheit 1 an einem nicht gezeigten geerdeten Antriebskasten, der eine Antriebsvorrichtung für die Poleinheit 1 enthält. Ist ein Vakuumschalter mehrpolig ausgebildet, so werden mehrere Polantriebseinheiten 5 mit Vakuumschaltröhren 2 mittels Stützisolatoren 10 an einem gemeinsamen Antriebskasten (vgl. Antriebskasten 51 in der Fig. 8) befestigt.

Die Polantriebseinheit 5 enthält eine Hebelanordnung, die einen oberen Kniehebel 11, einen unteren Kniehebel 12 und einen Stützhebel 13 umfaßt. Mit dem unteren Kniehebel 12 ist eine in der Fig. 1 nicht gezeigte, jedoch in der Fig. 8 sichtbare isolierende Koppelstange 14 zu ver­ binden. Der Stützhebel 13 ist um einen Lagerbolzen 15 schwenkbar und liegt im Ausschaltzustand der Vakuumschalt­ röhre 2 unter dem Einfluß einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Kontaktkraftfeder 16 an einem Widerlager 17 an. Ausgehend von der dargestellten Lage der Teile wird die Vakuumschaltröhre 2 in ihre Einschalt­ stellung überführt, indem in den unteren Kniehebel 12 in Richtung des Pfeiles 20 eine Antriebskraft eingeleitet wird. Die Kniehebel 11 und 12 werden hierdurch in eine Stellung nahe Strecklage überführt, wobei der Stützhebel 13 von dem Wider­ lager 17 abgehoben wird, nachdem sich die Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre 2 berührt haben.

Wie die Fig. 1 zeigt, weist die Polantriebseinheit 5 einen aus Stahlblech bestehenden Träger 21 auf, der näher in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist. Wie diese Figuren zeigen, weist der Träger 21 bei U-förmiger Grundform zwei Schenkel 22 und einen Mittelteil 23 auf. Der Mittelteil 23 ist den Stütz­ isolatoren 10 (Fig. 1) zugewandt. Die hintere Stützstrebe 8 ist durch zwei Zapfen 24 an dem Mittelteil 23 formschlüssig verbunden. Der an dem Mittelteil 23 anliegende Abschnitt der Stützstrebe 8 dient zugleich als Auflage für den unteren Stützisolator 10. Durch eine in der Fig. 1 angedeutete Be­ festigungsschraube 25 werden somit gleichzeitig der untere Stützisolator 10 und die Stützstrebe 8 an der Polantriebs­ einheit 5 befestigt. Die Kanten 28 des Mittelteiles 23 sind zur Versteifung und zugleich zur elektrischen Entlastung abgerundet ausgebildet.

Zur geradlinigen Führung eines unteren Anschlußbolzens 26 der Vakuumschaltröhre 2 sind die Schenkel 22 des Trägers 21 mit fluchtenden Langlöchern 27 (Fig. 2) versehen. In diese Langlöcher greifen die Enden eines den oberen Kniehebel 11 mit dem bewegbaren Anschlußbolzen 26 gelenkig verbindenden Führungsbolzens 30 ein (Fig. 1). Oberhalb der Langlöcher 27 befinden sich in den Schenkeln 22 Durchbrechungen 31, durch die eine Klemmvorrichtung 32 zugänglich ist, die zur Ver­ bindung eines biegsamen Leiters 33 mit dem bewegbaren An­ schlußbolzen 26 dient. Das andere Ende des biegsamen Leiters 33 endet bei einer zu der Anschlußvorrichtung 6 gehörenden Anschlußkontaktfläche 34. Weitere Merkmale des Trägers 21 sind gemäß der Fig. 2 im unteren Bereich der Schenkel 22 schmale rechteckige Durchbrechungen 35, die zum Eingreifen entsprechend geformter Zapfen 36 des plattenförmigen Widerlagers 17 der Kontaktkraftfeder 16 besitzen. Zur Montage des Widerlagers 17 ist der Träger 21 so bemessen, daß sich die Schenkel 22 elastisch spreizen lassen, um die Zapfen 36 in den Bereich der Durchbrechungen 35 fluchtend zu positionieren. Nach der Aufhebung der Spreizkraft ist das Widerlager 17 zwischen den Schenkeln 22 fest eingespannt.

Am oberen Rand besitzen die Schenkel 22 des Trägers 21 Aus­ nehmungen 37, die auf die Längsachse der Vakuumschaltröhre 2 ausgerichtet sind und die zum Eingreifen eines zentrierenden Auflagers 38 für die Vakuumschaltröhre 2 vorgesehen sind. Ein weiteres Merkmal des Trägers 21 ist eine in dem Mittelteil 23 angeordnete fensterartige Durchbrechung 40, die zum Durchtritt der in der Fig. 8 gezeigten isolierenden Koppelstange 14 dient, die in der erwähnten Weise mit dem unteren Kniehebel 12 zu verbinden ist. Ferner sind die Schenkel 22 mit randseitig offenen Ausnehmungen 41 versehen, die sich in dem Bereich befinden, der von dem biegsamen Stromband 33 durchgriffen wird. Zweck dieser Ausnehmungen ist es, den Querschnitt des magnetischen Kreises zu schwächen, der um die Strombahn gebildet wird, wenn sowohl der Träger 21 als auch die anhand der Fig. 5, 6 und 7 noch zu beschreibende Anschlußvor­ richtung 6 aus einem magnetisch leitfähigen Werkstoff bestehen.

Die Anschlußvorrichtung 6 gemäß den Fig. 5, 6 und 7 ist gleichfalls ein im Querschnitt U-förmiges Blechteil mit einer an den Träger 21 derart angepaßten Gestalt, daß es mit seinen Schenkeln 43 die Schenkel 22 des Trägers 21 übergreift. Löcher 44 in den Schenkeln 43 sind für eine Schraubverbindung vorge­ sehen. An der Stirnseite ist die Anschlußvorrichtung 6 im oberen Teil zum Durchtritt des Strombandes 33 offen ausge­ bildet. Im unteren Teil befindet sich ein die Schenkel 43 ver­ bindender Mittelsteg 45 zur Auflage des mit der Anschlußkon­ taktfläche 34 versehenen Endes des biegsamen Leiters 33. Die oberen Enden der Schenkel 43 sind mit abgebogenen Lappen 46 zur Befestigung der beiden vorderen isolierenden Stützstreben 7 versehen.

Durch die Anschlußvorrichtung 6 wird der Träger 21 derart versteift, daß trotz eines verhältnismäßig geringen Material­ querschnittes eine ausreichende Festigkeit erzielt wird, um die auftretenden Kräfte ohne störende Verformungen zuverlässig aufzunehmen. Auch bleibt die Erwärmung des Trägers 21 und der Anschlußvorrichtung 6 aufgrund der Ausnehmungen 41 in den Schenkeln 21 gering. Soll jedoch der beschriebene Vakuum-Leistungsschalter im Bereich sehr hoher Nennströme betrieben werden, so kann die aus der Vakuumschaltröhre 2 abzuführende Wärme über den bewegbaren Anschlußbolzen 26 von den beschriebenen Teilen nicht vollständig abgeführt werden. In diesem Fall empfiehlt es sich, eine Gestaltung der An­ schlußvorrichtung gemäß der Fig. 8 und den Fig. 9, 10 und 11 zu wählen.

In der Fig. 8 ist schematisch ein vollständiger Vakuum- Leistungsschalter mit einer Poleinheit 50, einer Antriebs­ vorrichtung 51 sowie mit die Poleinheit 50 und die Antriebs­ vorrichtung 51 verbindenden Stützisolatoren 52 gezeigt. Unter­ schiedlich gegenüber der Fig. 1 ist die Gestaltung einer an dem Träger 21 der Polantriebseinheit angebrachten Anschluß­ vorrichtung 53. Diese ist zur Vergrößerung ihrer Oberfläche zwecks besserer Wärmeabgabe an die Umgebung als mit Rippen versehener Metall-Gußkörper ausgebildet. Einzelheiten dieser Gestaltung zeigen die Fig. 9, 10 und 11.

Ähnlich der Anschlußvorrichtung 6 gemäß den Fig. 5, 6 und 7 ist die Anschlußvorrichtung 53 im Querschnitt U-förmig aus­ gebildet derart, daß Schenkel 54 über die Schenkel 22 des Trägers 21 greifen. Rippen 55 erstrecken sich teilweise über nahezu die ganze Höhe des Trägers 21, und, soweit es die in den Schenkeln 22 des Trägers 21 vorgesehenen Durchbrechungen zulassen, auch über die Breite der Schenkel 22. Ein Mittel­ steg 56 zwischen den Schenkeln 53 dient ähnlich wie bei der Anschlußvorrichtung 6 zur Auflage des Endes eines biegsamen Strombandes. Der Fig. 8 ist noch zu entnehmen, daß in einer den Fig. 9, 10 und 11 entsprechenden Weise auch der Polkopf 57 mit Rippen versehen ist, um auch am oberen Ende der Vakuumschaltröhre 2 für eine verbesserte Wärmeabfuhr zu sorgen.

Claims (7)

1. Vakuumschalter mit folgenden Merkmalen:

• - Eine Antriebsvorrichtung (51) zur Bereitstellung einer Antriebskraft für wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2);
• - eine die Vakuumschaltröhre (2) an ihrem einen Ende auf­ nehmende Polantriebseinheit (5), bestehend aus einem Träger (21), einer die Bewegungsrichtung der Antriebsvorrichtung (51) umlenkenden Hebelanordnung (11, 12) und einer Anschlußvorrichtung (6, 53) zur Verbindung eines bewegbaren Antriebsstößels (26) der Vakuumschaltröhre (2) mit einem äußeren Leiter;
• - der Träger (21) ist als U-förmiges Blechteil mit einem Mittelteil (23) und zwei Schenkeln (22) ausgebildet;
• - ein Stützisolator (10; 52) zur Verbindung der Antriebsvorrichtung (51) mit dem Träger (21) ist mit seinem einen Ende an dem Mittelteil (23) des Trägers (21) befestigt;
• - in den Schenkeln (22) des Trägers (21) sind fluchtende Langlöcher (27) zur Aufnahme der Enden eines den Antriebs­ stößel (26) der Vakuumschaltröhre (2) geradlinig führenden und eine Antriebskraft übertragenden Führungsbolzens (30) angeordnet;
• - eine isolierende Koppelstange (14) zur Verbindung der Antriebsvorrichtung (51) mit der umlenkenden Hebelanordnung, und
• - eine beim Einschalten der Vakuumschaltröhre (2) zu spannende Kontaktkraftfeder (16) sowie ein das eine Ende der Kontaktkraftfeder (16) abstützendes Widerlager (17) ist zwischen den Schenkeln (22) des Trägers (21) angeordnet; gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:
• - der Abstand der Schenkel (22) des Trägers (21) ist durch elastische Biegung erweiterbar;
• - das Widerlager (17) der Kontaktkraftfeder (16) ist ortsfest angeordnet und plattenförmig mit einer Breite ausgebildet, die dem Abstand der Schenkel (22) im Ruhezustand entspricht,
• - an den zur Anlage an den Schenkeln (22) des Trägers (21) bestimmten Schmalseiten des Widerlagers (17) sind Zapfen (36) zum Eingreifen in zugeordnete Durchbrechungen (35) der Schenkel (22) angeordnet und
• - die Anschlußvorrichtung (6; 53) ist als eine die Schenkel (22) verbindende und versteifende Baugruppe ausgebildet.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schenkeln (22) des Trägers (21) Durchbrechungen (31) als Zugangsöffnung zu einer Klemmvorrichtung (32) am bewegbaren Antriebsstößel (26) der Vakuumschaltröhre (2) angeordnet sind.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützisolator (10) nahe dem der Vakuumschaltröhre (2) zu­ gewandten Ende des Trägers (21) unter Einfügung einer iso­ lierenden Stützstrebe (8) an dem Mittelteil (23) des Trägers (21) befestigt ist und daß die Kante (28) des Mittelteiles (23) am Ende des Trägers (21) abgerundet und/oder angebogen ausgebildet ist.

4. Vakuumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstrebe (8) und der Mittelteil (23) des Trägers durch Formschluß (24) miteinander verbunden sind.

5. Vakuumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußvorrichtung (6) als U-förmiges Stanz-Biege-Teil mit einem Mittelsteg (45) und Schenkeln (43) ausgebildet ist, wobei die Schenkel (43) der Anschlußvorrichtung (6) die Schenkel (22) des Trägers (21) übergreifen und wobei der Mittelsteg (45) der Anschlußvorrichtung (6) als Träger eine Anschlußkontaktfläche (34) dient.

6. Vakuumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (22) des Trägers (21) randseitig offene Ausnehmungen (41) im Bereich eines den bewegbaren Anschlußbolzen (26) der zugehörigen Vakuumschaltröhre (2) mit der Anschlußvorrichtung (6) verbindenden biegsamen Leiters (33) besitzen.

7. Vakuumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußvorrichtung (53) als mit Kühlrippen (55) versehener U-förmiger Metall-Gußkörper ausgebildet ist, der Schenkel (53) zum Übergreifen der Schenkel (22) des Trägers (21) und ein von Rippen freies Mittelteil (56) als Träger einer Anschlußkontaktfläche besitzt.