DE102012008130A1

DE102012008130A1 - Antriebseinheit für einen Spindelantrieb

Info

Publication number: DE102012008130A1
Application number: DE201210008130
Authority: DE
Inventors: Sebastian Breisch; Wolfgang Waldi; Thomas Stahl; Gregor Stengel; Uwe Doersam; Lothar Heinemann; Sven Soetebier
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-01-31
Also published as: WO2013013773A3; WO2013013773A8; WO2013013773A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Antriebseinheit (1) für einen Spindelantrieb eines Schaltgerätes einer Schaltanlage, mit den Modulen Verriegelungsvorrichtung (20) verbunden mit einer Stellungsanzeige (50), Antriebsmotor (10), elektromechanische Verriegelungsvorrichtung (80) für Hand- oder Motorbedienung, mechanischer Anschluss (90) für die Handbedienung mittels Handkurbel, und Endschaltern (60). Die Antriebseinheit (1) ist auf einem Trägerelement (2) aufsetzbar und in einem freilufttauglichem verschließbaren Gehäuse (30), vorzugsweise einem Gussgehäuse oder einem Gehäuse aus Kunststoff, untergebracht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine modular aufgebaute elektromechanische Antriebseinheit für einen Spindelantrieb eines Schaltgerätes einer gasisolierten Schaltanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit kann beispielsweise zum Betätigen von elektrischen Leistungsschaltern, Trennschaltern, Erdungsschaltern oder kombinierten Trenn- und Erdungsschaltern in Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsschaltanlagen verwendet werden und ist auch in luft- oder vakuumisolierten Schaltanlagen einsetzbar.
Eine elektromechanische Antriebseinheit zur Betätigung eines Spindelantriebes eines elektrischen Trennschalters ist beispielsweise aus der DE 36 08 481 A1 bekannt, welche eine drehbar gelagerte Spindel aufweist, die mit dem beweglichen Schaltstück des Trennschalters antriebsmäßig gekuppelt ist, so dass das bewegliche Schaltstück bei Verdrehen der Spindel betätigt wird.
Der Spindelantrieb ist dabei dafür vorgesehen, nach einer festgelegten Anzahl von Umdrehungen das Schaltgerät in eine vorgegebene Position oder Stufe zu bringen. Die Antriebsvorrichtung besitzt eine drehbar gelagerte Spindel, die mit dem beweglichen Schaltstück des Trennschalters antriebsmäßig verbunden ist, so dass das bewegliche Schaltstück bei Verdrehen der Spindel betätigt wird.
Ein typischer Anwendungsfall für den Einsatz eines elektromechanischen Antriebes ist die Betätigung des Schaltgerätes eines Spannungswandlers in Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungsschaltanlagen, wobei der Antrieb dafür vorgesehen ist das Schaltgerät in die verschiedenen Schaltstellungen, wie „Freigabe”, „Schalter geschlossen bzw. verriegelt” oder „Schalter geöffnet”, zu bringen und die jeweilige Schaltstellung anzuzeigen.
Die sicherheitstechnischen Anforderungen an die Antriebseinheiten vorab aufgeführter Schaltgeräte erfordern eine hohe Zuverlässigkeit der Schalthandlungen auch unter extremen Temperaturen und starker mechanischer Belastung.
Als besonders kostenintensiv zeigen sich dabei die Herstellung und der Zusammenbau der Einzelkomponenten der Antriebseinheit sowie der Test der zusammengebauten Einheit.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Antriebseinheit für einen Spindelantrieb eines Schaltgerätes einer Schaltanlage der eingangs genannten Art anzugeben, welche kostengünstig herstellbar ist und die erforderlichen sicherheitstechnischen Anforderungen erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß wird eine modular aufgebaute elektromechanische Antriebseinheit für einen Spindelantrieb eines Schaltgerätes einer Schaltanlage, insbesondere einer gasisolierten Hochspannungsschaltanlage vorgeschlagen, welche aus den Modulen Verriegelungsvorrichtung verbunden mit einem Stellungsanzeigemodul, Motoreinheit, elektromechanische Verriegelungsvorrichtung für Hand- oder Motorbedienung, mechanischer Anschluss für die Handbedienung mittels Handkurbel, und Endschaltern, vorzugsweise für zwei Endpositionen, aufgebaut ist.
Die Antriebseinheit ist erfindungsgemäß auf einem Trägerelement aufsetzbar sowie in einem verschließbaren freilufttauglichem Gehäuse, vorzugsweise einem Gussgehäuse oder einem Gehäuse aus Kunststoff, untergebracht und ist insbesondere zur Betätigung von Leistungsschaltern, Trennschaltern, Erdungsschaltern und/oder kombinierte Erdungs- und Trennschalter in Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlagen einsetzbar.
Durch die Anordnung der Module Antriebsspindel, Verriegelungsvorrichtung verbunden mit einem Stellungsanzeigemodul, Motoreinheit, elektromechanische Verriegelungsvorrichtung für Hand- oder Motorbedienung, mechanischen Anschluss für die Handbedienung mittels Handkurbel und den Endschaltern in einem gemeinsamen in einem, vorzugsweise kasten- oder quaderförmigen, Gehäuse verringern sich die Kosten für die Herstellung, die Prüfung und die Montage der Einheit in der Schaltanlage erheblich.
Zum Anschluss der Antriebseinheit an das Trägerelement weist diese ein Anschlusselement und eine damit verbundene Verbindungsachse auf, die mittels einer steckbaren Welle- Nabe eine Verbindung zum Trägerelement, vorzugsweise der Spannungswandlerbaugruppe, bildet. Durch die Ausführung der Welle- Nabe Verbindung als Standard-Steckverbindung wird der Abnahmetest, der für die Antriebseinheiten vor Ihrer Montage in der Schaltannlage vorgeschrieben ist, erleichtert.
Die Verriegelungsvorrichtung der Antriebseinheit verriegelt automatisch nach einer festgelegten Anzahl von Umdrehungen der Antriebswelle, was mit dem vorgesehenen Stellungsanzeigemodul außerhalb des Gehäuses angezeigt wird. Dazu ist das Stellungsanzeigemodul ein einer deutlich sichtbaren Seite des Gehäuses herausgeführt und einsehbar. Das Stellungsanzeigemodul umfasst eine am Gehäuse angebrachten Steckverbindung zum Anschluss der Positionsanzeige der Verriegelungseinheit. Weiterhin ist auch eine Selbstverriegelung bei Überlast vorgesehen
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist in vorteilhafter Weise sowohl für einen Indoor- als auch für einen Outdoor- Einsatz vorgesehen. Dafür sind Heizelemente und/oder Kühlvorrichtungen vorgesehen, die ebenfalls im verschließbaren Gehäuse untergebracht sind.
Durch die Anordnung der Module der Antriebseinheit in einem einzigen abgeschlossenen Gehäuse kann die Antriebseinheit vorab vollständig aus Standardbauteilen gefertigt werden und unabhängig von den weiteren Komponenten der Schaltanlage kostengünstig getestet, transportiert und unter geringen Zeitaufwand installiert werden. Dies reduziert die Kosten der Schaltanlage beträchtlich.
Weiterhin ergibt sich eine Erleichterung bezüglich der Service- und Wartungsarbeiten an der Schaltanlage, da die Antriebseinheit für die Wartung in einfacher Weise vollständig aus der Schaltanlage demontierbar ist.
Das vorab beschriebene Design der erfindungsgemäßen Antriebseinheit beruht vorteilhafterweise auf einem modularen Aufbau aus wenigen Standardbauelementen, die optimal innerhalb des Gehäuses unter Ausnutzung eines minimalem Platzbedarfes angeordnet sind, wodurch eine deutliche Kostenreduzierung gegenüber bekannten Antriebseinheiten erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit sind zwei Optionen zur Betätigung des Schaltgerätes vorgesehen. In einer ersten Variante ist ein Stellantrieb vorgesehen, welcher den Spindelmechanismus antreibt. In einer zweiten Variante ist für die Handbedienung des Schaltgerätes eine Handkurbel vorgesehen.
In der Antriebseinheit ist weiterhin eine Handverriegelungsvorrichtung vorgesehen, mit welcher die Spindel zusätzlich auch mit einer Handkurbel verdrehbar ist. Zur Vereinfachung dieses Handbetriebs und zur Sicherstellung der Kopplung des Zahnrades mit dem Zahnantrieb bei gezogener Handkurbel ist das Zahnrad zwischen zwei Stellungen auf der Spindel von der Handkurbel verschiebbar, wobei es in der ersten Stellung mit dem Zahnantrieb kämmt und in der zweiten Stellung vom Zahnantrieb frei ist. Zwischen der Handkurbel und der Spindel sind steuerbare Verriegelungselemente vorgesehen. Damit wird verhindert dass der Motor anläuft während die Handkurbel zum manuellen Betätigen gesteckt ist.
Anhand der in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die erfindungsgemäße Antriebseinheit für einen Spindelantrieb sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Antriebseinheit näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
1 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit für eine Betätigungseinrichtung eines Spannungswandlers in einer gasisolierten Schaltanlage,
2 eine beispielhafte Ausführungsform des Trägerelements für die Spannungswandlerbaugruppe mit einem Anschlussteil, auf dem die die Unterseite des Gehäuses der Antriebseinheit mittels einer steckbaren Welle-Nabeverbindung aufsetzbar ist,
3 eine beispielhafte Ausführungsform des Trägerelements mit dem aufgesetzten Gehäuse der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
4 eine beispielhafte Ausführungsform des verschlossenen Gehäuses, welches die Antriebseinheit aufnimmt vor der Montage auf dem Trägerelement des Spannungswandlers,
5 eine beispielhafte Ausführungsform des geöffneten Gehäuses mit der eingebauten Antriebseinheit vor der Montage auf dem Trägerelement des Spannungswandlers,
6 die Module der Antriebseinheit in Draufsicht ohne eine Darstellung des Gehäuses der Antriebseinheit,
7 das Gehäuse der Antriebseinheit mit einer Sicht auf die Unterseite, welche mit dem Trägerelement verbindbar ist, und
8 die erfindungsgemäße Antriebseinheit ohne Darstellung des Gehäuses.
In der 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromechanischen modular aufgebauten Antriebseinheit 1 zur Betätigung des Schaltgerätes eines Spannungswandlers in einer gasisolierten Schaltanlage mit einer Verriegelungsvorrichtung 20, die mit einem Stellungsanzeigemodul 50 zusammenwirkt, mit einer Motoreinheit 10, mit Endschaltern 60 gezeigt, die zusammen mit einem Hilfsschalter 200 in einem verschließbaren Gehäuse 30 untergebracht sind.
An einer Außenseite des Gehäuses 30 ist ein elektrischer Anschluss 32 zur Verbindung der Antriebseinheit 1 mit der Steuerungselektronik der Schaltanlage vorgesehen.
Auf Grund der Anordnung der Module Verriegelungsvorrichtung 20, Motoreinheit 10, elektromechanische Verriegelungsvorrichtung für Hand- oder Motorbedienung, mechanischer Anschluss für die Handbedienung mittels Handkurbel, der Endschalter 60 und des Hilfsschalters 200 platzoptimiert in einem gemeinsamen Gehäuse 30 kann die Antriebseinheit 1 in vorteilhafter Weise auf einem entsprechendem Trägerelement beliebiger Schaltanlagenhersteller aufgesetzt und somit auch verwendet werden.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des kreisförmigen Trägerelements 2 für die Spannungswandlerbaugruppe mit einem der mechanischen Schnittstelle bzw. dem Anschlussteil 3, auf dem die Unterseite des Gehäuses 30 der Antriebseinheit 1 mittels einer steckbaren Welle-Nabeverbindung aufsetzbar ist.
Das Trägerelement 2 der Spannungswandlerbaugruppe umfasst weiterhin einen Füllstutzen 5 zur Gasbefüllung, beispielsweise mit SF6-Gas, Klemmenkasten 6, in den die Sekundäranschlüsse des Spannungswandlers für eine weitere Verwendung bereitgestellt werden. Das Trägerelement 2 wird auf das mit SF6-Gas gefüllte Spannungswandlergehäuse aufgesetzt, das den Spannungswandler aufnimmt und mit einer Berstscheibe 4 druckdicht verschlossen ist.
Die mechanische Schnittstelle 3 ist vorzugsweise annähernd mittig zwischen dem Klemmenkasten 6, dem mit der Berstscheibe 4 verschlossenem Gehäuseteil 7 und dem Anschlusselement 5 angeordnet, so das eine optimale Platzausnutzung auf dem Trägerelement 2 erreicht wird.
In 3 ist das Trägerelement 2 der Spannungswandlerbaugruppe mit dem Anschlusselement 5, dem Klemmenkasten 6, dem mit der Berstscheibe 4 verschlossenem Gehäuseteil 7 mit der Berstscheibe 4 und dem montierten Gehäuse 30 der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 gezeigt. Das Gehäuse 30 der Antriebseinheit 1 ist an der zum Klemmenkasten 6 weisenden Seite an einer der Ecken abgeschrägt, so dass es unter minimal erforderlichen Platzbedarf zwischen dem Klemmenkasten 6 und dem Gehäuseteil 7 eingepasst bzw. montiert werden kann.
Die Stellungen der Verriegelungsvorrichtung 20 werden mittels des Stellungsanzeigemoduls 50 in vorteilhafter Weise außerhalb des Gehäuses 30 angezeigt. Dazu ist das Stellungsanzeigemodul 50 ein einer deutlich sichtbaren Seite des Gehäuses 30 einsehbar.
4 zeigt das mit einer abnehmbaren Abdeckung 33 verschlossene Gehäuse 30, welches die Antriebseinheit 1 aufnimmt, vor der Montage auf dem Trägerelement 2 des Spannungswandlers mit am Gehäuse 30 befindlichen Befestigungsteilen 31. Das Gehäuse 30 ist mittels vorgesehener Verbindungselemente 34, vorzugsweise mittels einer Schraubverbindung, verschließbar und kann zu Wartungs- und Servicezwecken auch wieder geöffnet werden.
Weiterhin ist das seitlich am Gehäuse 30 angeordnete Stellungsanzeigemodul 50 und der elektrische Anschluss 32 gezeigt, wobei der elektrische Anschluss als Standardsteckverbindung ausgeführt ist.
5 zeigt das geöffnete Gehäuse 30 mit der eingebauten Antriebseinheit 1 vor der Montage auf dem Trägerelement 2 des Spannungswandlers.
Zusätzlich zeigt die 5 neben der Verriegelungseinheit 20 mit den darauf angeordneten Endschaltern 60, dem Hilfsschalter 200 und dem Stellungsanzeigemodul 50 ein Heizelement 110, welches ebenfalls im Gehäuse 30, vorzugsweise an der Gehäuseseite an welcher sich auch der elektrische Anschluss 32 befindet, untergebracht ist.
In 6 sind die Module Motoreinheit 10, Verriegelungseinheit 20, elektromechanische Verriegelungsvorrichtung für Hand- bzw. Motorbedienung 80, Hilfsschalter 200, Heizelement 110 und mechanischer Anschluss für die Handbedienung mittels Handkurbel 90 der Antriebseinheit 1 in Draufsicht auf die Einheit ohne Darstellung des Gehäuses 30 und das an der Außenseite des Gehäuses 30 anzubringenden Stellungsanzeigemodul 50 sowie der elektrische Anschluss 32 gezeigt.
7 zeigt das Gehäuse 30 der Antriebseinheit 1 mit einer Sicht auf die Unterseite, welche mit dem Trägerelement bzw. der Grundplatine 2 der Spannungswandlerbaugruppe verbindbar ist. An der Unterseite des Gehäuses 30 ist ein Anschlusselement 70 und seine Verbindungsachse 40, vorgesehen zum Anschluss der Antriebseinheit 1 an die Grundplatine 2 der Spannungswandlerbaugruppe, dargestellt.
Weiterhin zeigt die 7 das Stellungsanzeigemodul 50, welches mittels einer weiteren abnehmbaren Abdeckung 51 versehen ist. Zusätzlich ist an einer Außenseite des Gehäuses 30 eine Belüftungseinheit oder Kühlvorrichtung 120 angebracht, die den Einsatz der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 auch unter tropischen Klimabedingungen ermöglicht.
8 zeigt die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 mit der Verriegelungsvorrichtung 20, dem Heizelement 110, dem Stellungsanzeigemodul 50 und dem elektrischen Anschluss 32 vor dem Einbau in das Gehäuse 30 ohne die zum Verschließen des Stellungsanzeigemoduls 50 vorgesehene weitere Abdeckung 51. Weiterhin ist eine Handverriegelung 130, welche neben dem Stellungsanzeigemodul 50 sichtbar, dargestellt.
Der elektrische Anschluss 32, die an der Unterseite der dargestellten Antriebseinheit 1 gezeigte Steckachse 40 zur Spannungswandlerbaugruppe wie auch das Stellungsanzeigemodul 50 sind durch im Gehäuse 30 vorgesehene Öffnungen führbar und somit außerhalb des Gehäuses 30 zugänglich.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Trägerelement, Grundplatine, auf welche auf die Spannungswandlerbaugruppe angeordnet ist
3: mechanische Schnittstelle, Anschlussteil
4: Berstscheibe
5: Füllstutzen
6: Klemmenkasten
7: Gehäuseteil
10: Motoreinheit, Antriebsmotor
20: Verriegelungsvorrichtung
30: Gehäuse, Gussgehäuse
31: Befestigungsteil
32: elektrischer Anschluss
33: abnehmbare Abdeckung
34: Verbindungselement
40: Steckachse, Verbindungsachse zur Spannungswandlerbaugruppe
50: Stellungsanzeigemodul
51: freilufttaugliche Abdeckung der elektromechanischen Verriegelungsvorrichtung
60: Endschalter
70: Anschlusselement zum Anschluss der Antriebseinheit an die Grundplatine der Spannungswandlerbaugruppe
80: elektromechanische Verriegelungsvorrichtung für Hand- bzw. Motorbedienung
90: mechanischer Anschluss für die Handbedienung mittels Handkurbel
110: Heizelement
120: Belüftungseinheit, Kühlvorrichtung
130: Handverriegelung
200: Hilfsschalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3608481 A1 [0002]

Claims

Elektromechanische Antriebseinheit (1) für einen Spindelantrieb eines Schaltgerätes einer Schaltanlage, mit den Modulen – Verriegelungsvorrichtung (20) verbunden mit einem Stellungsanzeigemodul (50), – Motoreinheit (10), – elektromechanische Verriegelungsvorrichtung (80) für Hand- oder Motorbedienung, – mechanischer Anschluss (90) für die Handbedienung mittels Handkurbel, und – Endschaltern (60), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1) auf einem Trägerelement (2) aufsetzbar und in einem freilufttauglichem verschließbaren Gehäuse (30), untergebracht ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1) ein Anschlusselement (70) und eine Verbindungsachse (40) zum Anschluss der Antriebseinheit (1) an das Trägerelement (2) aufweist, über die mittels einer steckbaren Welle- Nabe eine Verbindung zum Trägerelement (2), vorzugsweise der Spannungswandlerbaugruppe, vorgesehen ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement (110) und/oder eine Belüftungseinheit (120) für eine Outdoor und/oder Indoor- Nutzung vorhanden sind.
Antriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Gussgehäuse oder ein Gehäuse aus Kunststoff ist.
Antriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung (20) automatisch nach einer festgelegten Anzahl von Umdrehungen der Antriebswelle verriegelt, was mit dem Stellungsanzeigemodul angezeigt wird.
Verwendung der Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Betätigen von elektrischen Leistungsschaltern, Trennschaltern, Erdungsschaltern oder kombinierten Trenn- und Erdungsschaltern in Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlagen.