DE102006001241A1

DE102006001241A1 - Schaltstelle eines elektrischen Schaltgerätes sowie Verfahren zum Bewegen eines Schaltstückes einer Schaltstelle

Info

Publication number: DE102006001241A1
Application number: DE200610001241
Authority: DE
Inventors: Lutz-Rüdiger JÄNICKE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-07-12
Also published as: WO2007077108A1

Abstract

Eine Schaltstelle (1) eines elektrischen Schaltgerätes weist ein erstes sowie ein zweites Kontaktstück (2, 3) auf, die mittels einer Antriebseinrichtung (5) relativ zueinander bewegbar sind. Die Antriebseinrichtung (5) weist ein Getriebe auf, das ein annähernd linear bewegliches Antriebselement (6) und ein annähernd linear bewegliches Abtriebselement (7) beinhaltet, wobei das Antriebselement (6) und das Abtriebselement (7) jeweils an eine erste Kurbel (7b) und an eine zweite Kurbel 6b) gekoppelt sind und die Kurbeln (7b, 6b) miteinander in Wirkverbindung stehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltstelle eines elektrischen Schaltgerätes mit einem ersten mittels einer Antriebseinrichtung relativ zu einem zweiten Kontaktstück bewegbaren Kontaktstück, wobei die Antriebseinrichtung ein Getriebe mit einem näherungsweise linear beweglichen Antriebselement und einem Abtriebselement mit einer ersten Koppel aufweist, die eine Drehbewegung einer ersten Kurbel in eine näherungsweise lineare Bewegung wandelt.

Eine derartige Schaltstelle ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 696 040 A1 bekannt. Dort ist ein Druckgasschalter beschrieben, dessen Schaltstelle durch ein erstes sowie ein zweites Kontaktstück begrenzt ist. Das erste Kontaktstück ist mittels einer Antriebseinrichtung bewegbar, wobei die Antriebseinrichtung ein Getriebe aufweist. Als Antriebselement dient eine linear verschiebbare Zahnstange, welche auf der Verzahnung eines drehbeweglich gelagerten Zahnrades abrollbar ist. An dem Zahnrad ist eine Koppel angeschlagen, so dass eine Kurbel gebildet ist, die die Drehbewegung der Kurbel in eine lineare Bewegung des ersten Kontaktstückes wandelt.

Aufgrund der begrenzten Baugröße ist eine Vor- und Rückbewegung der Zahnstange nötig. Aufgrund der Vor- und Rückbewegung der Zahnstange werden die Zähne mit unterschiedlichen Momenten aus verschiedenen Richtungen belastet. Somit ist mit einem entsprechenden Verschleiß zu rechnen. Dies wirkt sich auch auf die einzelnen Lager der Antriebseinrichtung aus.

Damit stellt sich die Aufgabe, eine Schaltstelle auszugestalten, welche verschleißfester und kostengünstiger ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Schaltstelle der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Antriebselement eine zweite Koppel aufweist, die die näherungsweise lineare Bewegung des Antriebselementes in eine Drehbewegung einer zweiten Kurbel wandelt und zur Übertragung einer Drehbewegung die erste und die zweite Kurbel miteinander in Wirkverbindung stehen.

Durch die Wirkverbindung zweier Kurbeln kann auf den Einsatz von einer die Zähne eines Zahnrades kämmenden Zahnstange verzichtet werden. Sowohl die Herstellung von Zahnrädern als auch die Herstellung von Zahnstangen ist vergleichsweise kostenintensiv. Darüber hinaus ist insbesondere bei schnellen Schaltvorgängen, die ggf. auch rasch hintereinander durchgeführt werden müssen, eine starke Beanspruchung der Verzahnung zu verzeichnen. Derartig starke Beanspruchungen haben eine erhöhte Abnutzung der Verzahnung zur Folge. Mit zunehmendem Verschleiß der Verzahnung wird ein Übertragungsverhalten der Antriebseinrichtung ungenauer. Durch die Verwendung von Kurbeln wird die Antriebseinrichtung von verschleißintensiven sowie kostenintensiven Elementen befreit.

Die Kurbeln können in verschiedener Weise miteinander in Wirkverbindung stehen. Zum einen können sie beispielsweise über ein Getriebe in Wirkverbindung stehen, so dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Kurbeln eingestellt werden kann. Die Wirkverbindung kann beispielsweise auch derart ausgestaltet sein, dass mittels einer Kuppeleinrichtung die beiden Kurbeln voneinander getrennt werden können. Dadurch können beispielsweise Freilaufeigenschaften in die Antriebseinrichtung eingebracht werden. Somit ist es beispielsweise mög lich, einen kontinuierlich bewegten Motor bedarfsweise zur Erzeugung einer Relativbewegung zweier Kontaktstücke zueinander einzusetzen. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn an einer Schaltstelle ein regulär dauerhaft bewegter Motor vorhanden ist. Dann kann auf den Einsatz einer ausschließlich für eine Bewegung zumindest eines der Schaltkontaktstücke vorgesehenen Motor verzichtet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die erste und die zweite Kurbel jeweils um eine Drehachse drehbar sind, wobei die Drehachsen koaxial zueinander ausgerichtet sind.

Eine koaxiale Anordnung der Drehachse der Kurbeln zueinander gestattet die Ausgestaltung einer kompakten Getriebeeinrichtung. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Hohlwelle, auf welche die erste Kurbel aufgesetzt ist, eine Welle umschließt, auf welcher die zweite Kurbel aufgesetzt ist. Somit ergeben sich günstige Voraussetzung zur Ausgestaltung von kompakt bauenden Kupplungen oder Getrieben zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kurbeln.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die beiden Kurbeln winkelsteif miteinander verbunden sind.

Eine winkelsteife Verbindung der beiden Kurbeln ist eine besonders einfache Ausgestaltungsvariante. Bei dieser Ausgestaltungsvariante können einfache Maschinenbauelemente Verwendung finden. Eine starre Verbindung weist weiterhin den Vorteil auf, dass große Kräfte nahezu spielfrei übertragen werden können. Dabei kann die Winkellage der Kurbeln zueinander nahezu dauerhaft festgelegt sein. so ist eine robuste auch über Jahre hinweg zuverlässig arbeitende Antriebseinrichtung herstellbar.

Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Kurbeln um die Drehachsen endlos in ein und derselben Richtung drehbar sind.

Durch eine ausschließliche Drehbewegung der Kurbeln in ein- und dieselbe Richtung können die notwendigen Lager zur Gewährung einer Drehung vereinfacht ausgestattet werden, da Lastwechselreaktionen, wie sie beispielsweise bei einer Drehrichtungsumkehr auftreten können, vermieden sind. Weiterhin kann beispielsweise auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine unerwünschte Drehbewegung entgegengesetzt der vorgesehenen Drehbewegung durch eine geeignete Sperrvorrichtung verhindert ist. Dadurch ist ein ungewolltes Zurücklaufen verhindert und ein zuverlässigeres Schalten der Schaltstelle möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Kurbelarme der Kurbeln gleich lang sind oder dass die Kurbelarme der Kurbeln verschieden lang sind.

Durch eine geeignete Auswahl der Verhältnisse der Längen der Kurbelarme zueinander ist es möglich, die Bewegung des Antriebs und des Abtriebelementes aufeinander abzustimmen. Bei Bedarf ist es nun möglich, eine Antriebsbewegung derart umzuformen, dass ein vergrößerter oder ein verringerter Hub an dem Abtriebselement erzeugt wird. Bei einer Wahl von gleichen Längen der Kurbelarme der beiden Kurbeln erfolgt eine 1 : 1 Übersetzung der Bewegung über starr verbundene Kurbeln. So ist es möglich, die annähernd linearen Bewegungen der Antriebs- und des Abtriebselementes annähernd parallelen Richtungen zueinander oder auch unter Einschluss eines nahezu beliebigen Winkels verlaufen zu lassen. Durch eine entsprechende Winkellage der Kurbeln zueinander kann in Abstimmung der Lage des Antriebs- und des Abtriebselementes das Auftre ten von Totpunktpositionen während eines Bewegungsablaufes verhindert werden. So ist eine kontinuierliche annähernd ruckfreie Weiterleitung bzw. Umlenkung der Bewegung des Antriebselementes auf das Abtriebselement ermöglicht.

Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass bei einer Projektion in Richtung der Drehachse ein sich zwischen den Kurbelarmen aufspannender Winkel ein Winkelmaß kleiner oder gleich 90° aufweist.

Der Einschluss eines Winkels zwischen den Kurbelarmen mit einem Winkelmaß von kleiner oder gleich 90° stellt eine günstige Voraussetzung dar, um ein ruckarmes Arbeiten der Getriebeeinrichtung zu ermöglichen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Schaltstelle in einem einen Einschaltwiderstand aufweisenden, parallel zu einer Schaltstrecke eines Hochspannungs-Leistungsschalters angeordneten Strompfad verschaltet ist.

Hochspannungs-Leistungsschalter dienen konstruktionsgemäß dem Ausschalten von Nennströmen, Überlastströmen sowie Kurzschlussströmen. Sie sind in der Lage, diese Ströme mehrfach zuverlässig abzuschalten. Bei bestimmten Einschaltbedingungen ist es nötig, auftretende Überspannungen zu begrenzen. Dazu ist beispielsweise bekannt, parallel zu der Unterbrechereinheit des Leistungsschalters einen Einschaltwiderstand anzuordnen. Gegenüber den bekannten komplexen Antriebsanordnungen zum Schalten eines Einschaltwiderstandes weist der Einsatz zweier miteinander in Wirkverbindung stehender Kurbeln eine mechanisch robuste sowie kleinbauende Gestalt auf.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bewegen eines ersten mittels einer Antriebseinrichtung rela tiv zu einem zweiten Kontaktstück bewegbaren Kontaktstück einer Schaltstelle eines elektrischen Schaltgerätes anzugeben, wobei die Antriebseinrichtung ein Getriebe mit einem näherungsweise linear beweglichen Antriebselement und einem Abtriebselement mit einer ersten Koppel aufweist, die eine Drehbewegung einer ersten Kurbel in eine näherungsweise lineare Bewegung wandelt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren der vorstehend genannten Art dadurch gelöst, dass sowohl zur Erzeugung einer Einschaltbewegung als auch zur Erzeugung einer Ausschaltbewegung die erste Kurbel in die gleiche Richtung gedreht wird.

Unabhängig von einer Einschalt- oder Ausschaltbewegung zumindest eines der Kontaktstücke der Schaltstelle wird die Kurbel stets in ein- und dieselbe Richtung bewegt. Durch eine Bewegung ausschließlich in ein- und dieselbe Richtung wird das Auftreten von Lastwechselreaktionen an einer Lagerstelle zur Aufnahme der Drehbewegung vermieden. Dadurch können robuste Lager Verwendung finden, die über lange Zeiträume hinweg eine gute Führung und Lenkung der Drehbewegung ermöglichen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt die
1 eine Schaltstelle eines elektrischen Schaltgerätes in einer ersten Bewegungsphase, die
2 die Schaltstelle in einer zweiten Bewegungsphase, die
3 die Schaltstelle in einer dritten Bewegungsphase, die
4 die Schaltstelle in einer vierten Bewegungsphase und die
5 eine schematische Darstellung der Ankopplung eines Antriebs- und eines Abtriebselements an zwei Kurbeln.
Im Folgenden wird zunächst anhand der 1 der prinzipielle Aufbau einer Schaltstelle 1 eines elektrischen Schaltgerätes beschrieben. Die Schaltstelle 1 weist ein erstes Kontaktstück 2 auf. Das erste Kontaktstück 2 ist bolzenförmig ausgebildet und längs der Bolzenachse linear verschiebbar. Das erste Kontaktstück 2 ist in einem als Schirmkörper ausgebildeten Führungselement 3 gleitend gelagert. Das Führungselement 4 dient auch der elektrischen Kontaktierung des ersten Kontaktstückes. Dazu sind in der Gleitbahn des Führungselementes 4 entsprechende Kontaktierungselemente, wie Kontaktlamellen, Wurmfedern usw., angeordnet. Koaxial zur Bewegungsachse des ersten Kontaktstückes 2 ist ein zweites Kontaktstück 3 angeordnet. Das zweite Kontaktstück 3 ist ortsfest gelagert und in Form eines Tulpenkontaktstückes ausgebildet. In eine Öffnung des zweiten Kontaktstückes 3 ist das erste Kontaktstück 2 einfahrbar und dadurch ist zwischen den beiden Kontaktstücken 2, 3 eine galvanische Verbindung herstellbar. Abweichend von dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schaltstelle 1 kann auch vorgesehen sein, dass alternative Ausgestaltungsformen des ersten bzw. des zweiten Kontaktstückes 2, 3 zum Einsatz gelangen und dass zwischen den beiden Kontaktstücken 2, 3 eine Relativbewegung auch dadurch hervorgerufen werden kann, indem beide Kontaktstücke bewegbar ausgestaltet sind. Weiter kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das erste Kontaktstück 2 tulpenförmig und das zweite Kontaktstück 3 bolzenförmig ausgestaltet ist. Es können aber auch weitere abweichende Kontaktvarianten, wie beispielsweise Messerkontakte, Schwenkkontakte usw., zum Einsatz gelangen. Bei einer Ankopplung einer Koppel an ein schwenkbar gelagertes Kontaktstück wirken die genutzten Anschlagmittel wie Bolzen oder Niete als Abtriebselement, die in Näherung eine lineare Bewegung ausführen.
Das erste Kontaktstück 2 ist mittels einer Antriebseinrichtung 5 antreibbar. Im vorliegenden Ausgestaltungsbeispiel weist die Antriebseinrichtung 5 ein Schubkurbelgetriebe auf. Das Getriebe wird mittels eines linear verschiebbaren Antriebselementes 6 in Bewegung versetzt. Das Antriebselement 6 ist beispielsweise eine elektrisch isolierende Schaltstange, die eine längs ihrer Stangenachse ausgerichtete lineare Bewegung vollführen kann. Weiterhin weist die Antriebseinrichtung 5 ein Antriebselement 7 auf, welches linear verschiebbar gelagert ist. Im vorliegenden Fall ist das Abtriebselement 7 zumindest teilweise durch das erste Kontaktstück 2 gebildet. Das Abtriebselement 7 ist mittels einer ersten Koppel 7a mit einem Hebelarm einer ersten Kurbel 7b verbunden. Die erste Kurbel 7b ist um eine Achse 8 drehbar. In vergleichbarer Art und Weise ist das Antriebselement 6 über eine zweite Koppel 6a an einen Hebelarm einer zweiten Kurbel 6b angeschlagen. Die zweite Kurbel 6b ist ebenfalls um die Achse 8 drehbar. Die beiden Kurbeln 7b, 6b sind winkelsteif miteinander verbunden, so dass in einer Projektion in Richtung der Achse 8 zwischen den beiden Hebelarmen der Kurbeln 7b, 6b ein Winkel eingeschlossen ist. Der eingeschlossene Winkel weist vorteilhafterweise ein Winkelmaß von ≤ 90° auf. Die beiden Kurbeln 6b, 7b sind winkelsteif miteinander verbunden, so dass der eingeschlossene Winkel dauerhaft einen konstanten Wert aufweist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, durch geeignete Einrichtungen die Winkellage der Kurbelarme zueinander zu verändern.
Im Folgenden wird anhand der in den 1 bis 4 dargestellten Bewegungsabläufe ein Einschaltvorgang sowie anschließend ein Ausschaltvorgang der Schaltstelle 1 beschrieben.
Zu dem in der 1 dargestellten Zeitpunkt befindet sich die Schaltstelle 1 noch im ausgeschalteten Zustand, d. h. das erste Kontaktstück 2 ist in den Schirmbereich des Führungselements 4 zurückgezogen. Bei einer Bewegung des Antriebselementes 6 in Richtung des Pfeiles 9 wird die lineare Bewegung mittels der zweiten Koppel 6a auf die zweite Kurbel 6b übertragen. Mittels der zweiten Koppel 6a und der zweiten Kurbel 6b wird die translatorische Bewegung des Antriebselementes 6 in eine Drehbewegung umgewandelt. Die Drehbewegung erfolgt in Richtung des Uhrzeigersinns. Aufgrund der Koppelung der beiden Kurbeln 7b, 6b wird die Drehbewegung der zweiten Kurbel 6b auf die erste Kurbel 7b übertragen. Über die erste Koppel 7a wird die Drehbewegung wieder in eine lineare Bewegung umgewandelt, so dass das Antriebselement 7 (entspricht zumindest teilweise dem ersten Kontaktstück 2) in Richtung des zweiten Kontaktstückes 3 bewegt wird. Die Linearbewegung des Abtriebselementes 7 muss dabei nicht unbedingt unmittelbar in eine lineare Bewegung des ersten Kontaktstückes 2 münden. Es können auch weitere Elemente vorgesehen sein, die zwischen dem Antriebselement 7 und dem ersten Kontaktstück 2 zwischengeschaltet werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein erstes Kontaktstück beispielsweise schwenkbar gelagert ist und die Koppel beabstandet zu dem Schwenkpunkt an das zweite Kontaktstück an das erste Kontaktstück 2 angreift, so dass ein Antriebselement (beispielsweise ein Bolzen) näherungsweise linear bewegt wird und eine Schwenkbewegung des ersten Kontaktstückes bewirkt wird.
In der 2 ist der Abschluss des Einschaltvorganges dargestellt. Das Antriebselement 6 hat seine Einschaltposition eingenommen und somit befindet sich auch das erste Kontaktstück 2 in seiner Einschaltposition. Bei einer Umkehr der Bewegung des Antriebselementes 6 (vgl. Pfeil 9 2) erfolgt eine Drehbewegung der Kurbeln 6b, 7b im Uhrzeigersinn.
Mit dem weiteren Voranschreiten der Bewegung des Antriebselementes 6 erfolgt eine Umkehr der Bewegung des ersten Kontaktstückes 2. Dadurch wird eine Ausschaltbewegung initiiert. Mit dem weiteren Fortschreiten der Bewegung des Antriebselementes 6 (vgl. 3 und 4) wird das erste Kontaktstück 2 wieder in die in der 1 dargestellte Ausschaltposition der Schaltstelle 1 zurückbewegt. Wird nunmehr der Richtungssinn der Bewegung des Antriebselementes 6 umgekehrt, wird das erste Kontaktstück 2 wiederum in Richtung des zweiten Kontaktstückes 3 bewegt. Es beginnt eine Einschaltsequenz wie in den 1 und 2 dargestellt.
Die in den 3 und 4 Lagen gezeigten stellen Ruhepositionen dar. Je nach Bedarf können jedoch auch andere Lagen als Ruhepositionen definiert werden, zu welchen die Kurbeln 6b, 7b bewegungslos in Ruhe verharren.
Zu beachten ist, dass während der Bewegungen des ersten Kontaktstückes 2 eine Drehung der Kurbeln 6b, 7b stets in Richtung des Uhrzeigersinns erfolgt.
Die 5 zeigt eine Möglichkeit der konstruktiven Ausgestaltung der beiden Kurbeln 6b, 7b in Form einer Kurbelwelle. Symbolisch sind die Koppeln 7a, 6a an die Kurbeln 7b, 6b nach Art eines Pleuels angeschlagen.

Claims

Schaltstelle (1) eines elektrischen Schaltgerätes mit einem ersten mittels einer Antriebseinrichtung (5) relativ zu einem zweiten Kontaktstück (3) bewegbaren Kontaktstück (2), wobei die Antriebseinrichtung (5) ein Getriebe mit einem näherungsweise linear beweglichen Antriebselement (6) und einem Abtriebselement (7) mit einer ersten Koppel (7a) aufweist, die eine Drehbewegung einer ersten Kurbel (7b) in eine näherungsweise lineare Bewegung wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (6) eine zweite Koppel (6a) aufweist, die die näherungsweise lineare Bewegung des Antriebselementes (6) in eine Drehbewegung einer zweiten Kurbel (6b) wandelt und zur Übertragung einer Drehbewegung die erste und die zweite Kurbel (7b, 6b) miteinander in Wirkverbindung stehen.
Schaltstelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kurbel (7b, 6b) jeweils um eine Drehachse (8) drehbar sind, wobei die Drehachsen (8) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Schaltstelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kurbeln (7b, 6b) winkelsteif miteinander verbunden sind.
Schaltstelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbeln (7b, 6b) um die Drehachsen (8) endlos in ein und derselben Richtung drehbar sind.
Schaltstelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelarme der Kurbeln (7b, 6b) gleich lang sind.
Schaltstelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelarme der Kurbeln (7b, 6b) verschieden lang sind.
Schaltstelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Projektion in Richtung der Drehachse (8) ein sich zwischen den Kurbelarmen aufspannendern Winkel ein Winkelmaß kleiner oder gleich 90° aufweist.
Schaltstelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstelle (1) in einem einen Einschaltwiderstand aufweisenden, parallel zu einer Schaltstrecke eines Hochspannungs-Leistungsschalters angeordneten Strompfad verschaltet ist.
Verfahren zum Bewegen eines ersten mittels einer Antriebseinrichtung (5) relativ zu einem zweiten Kontaktstück (3) bewegbaren Kontaktstückes (2) einer Schaltstelle (1) eines elektrischen Schaltgerätes, wobei die Antriebseinrichtung (5) ein Getriebe mit einem näherungsweise linear beweglichen Antriebselement (6) und einem Abtriebselement (7) mit einer ersten Koppel (7a) aufweist, die eine Drehbewegung einer ersten Kurbel (7b) in eine näherungsweise lineare Bewegung wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl zur Erzeugung einer Einschaltbewegung als auch zur Erzeugung einer Ausschaltbewegung die erste Kurbel (7b) in die gleiche Richtung gedreht wird.