EP0029482A1

EP0029482A1 - Druckgasschalter

Info

Publication number: EP0029482A1
Application number: EP80104260A
Authority: EP
Inventors: Johann Blatter; Walter Schaad
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1979-11-22
Filing date: 1980-07-19
Publication date: 1981-06-03
Also published as: CH642481A5; EP0029482B1; JPH0154813B2; DE3062280D1; US4379958A; JPS5686421A; ATE2764T1

Abstract

Ein bewegliches Kontaktstück (14) ist am Ende einer Schubstange (13) befestigt und damit in und ausser Eingriff mit einem festen Kontakstück (17) bringbar. Das freie Ende des beweglichen Kontakstuckes (14) ist von einer ebenfalls an der Schubstange (13) befestigten Blasdüse (18) umgeben, deren Einlass (21) mit einem ein Löschgas enthaltenden und im Zuge eines Ausschalthubes unter Druck setzbaren Pumpraum (22) verbunden ist. Der Pumpraum (22) ist umfangsseitig von einem Zylinder (23) umgeben, der verschiebbar auf einem ortsfest abgestützten Kolben (24) geführt ist. Um die Masse der namentlich zu Beginn des Ausschalthubes zu beschleunigenden Teile zu reduzieren, ist die Blasdüse (18) selbst als zweiter, dem erstgenannten Kolben (24) gegenüberliegender und relativ zum Zylinder (23) zwischen zwei Endstellungen verschiebbarer Kolben ausgebildet, wobei Mittel (26, 27, 28; 29) vorgesehen sind, um den Zylinder (23) während eines Ausschalthubes gleichsinnig wie das bewegliche Kontaktstück (14) jedoch um einen geringeren Weg als dieses zu verschieben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter mit einem am Ende einer Schubstange befestigten, beweglichen Kontaktstück, das in und ausser Eingriff mit einem ortsfesten Kontaktstück bringbar ist, und mit einer das freie Ende des beweglichen Kontaktstückes gebenden, an der Schubstange befestigten Blasdüse, deren Einlass mit einem, ein Löschgas enthaltenden und von einem Zylinder umschlossenen Pumpraum in Verbindung steht, der im Zuge eines Ausschalthubes unter Druck setzbar ist, wobei der Zylinder verschiebbar auf einem ortsfest abgestützten Kolben geführt ist.
Solche Schalter sind bekannt und haben sich dank ihrer einfachen Bauweise (ortsfest abgestützter Kolben) auch bewährt, zumal der Zylinder auch als beweglicher Nennstromkontakt dienen kann, der in und ausser Eingriff mit einem entsprechenden, ortsfest angeordneten Gegenkontakt dienen kann. Allerdings ist bei den bekannten Schaltern der Zylinder über einen Flansch oder über die Blasdüse selbst an der Schubstange befestigt, d.h. mit dem beweglichen Kontaktstück verbunden, was zur Folge hat, dass namentlich zu Beginn des Ausschalthubes erhebliche Massen zu beschleunigen sind. Dies erfordert wiederum einen sehr leistungsfähigen Schalterantrieb.
Es ist daher ein Zweck der Erfindung, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die zu Beginn des Ausschalthubes zu beschleunigenden Massen erheblich reduziert sind, so dass selbst bei weniger leistungsfähigen Antrieben die Kontaktstücke innert kürzester Zeit die minimale Löschdistanz voneinander erreichen, ohne dass die Beblasung des Schaltlichtbogens an Intensität verlieren würde und ohne dass dem Zylinder seine weitere Funktion, gegebenenfalls als beweglichen Nennstromkontakt zu dienen, entzogen würde.
Zu diesem Zweck ist der vorgeschlagene Druckgasschalter gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Blasdüse als Boden eines zweiten, dem ersten Kolben gegenüberliegenden Kolben ausgebildet ist, der relativ zum Zylinder in diesem zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um den Zylinder während eines Ausschalthubes gleichsinnig wie das bewegliche Kontaktstück, jedoch um einen geringeren Weg als dieses zu bewegen.
Da der zwar mit dem beweglichen Kontaktstück mitbewegliche Zylinder einen geringeren Weg als das bewegliche Kontaktstück zurückzulegen hat, ist die hierzu notwendige Arbeit ebenfalls geringer.
Die Mittel, um den Zylinder während eines Ausschalthubes gleichsinnig wie das bewegliche Kontaktstück, jedoch um einen geringeren Weg zu bewegen, können in der einfachsten Ausführungsform als Schleppverbindung zwischen der als Kolben ausgebildeten Blasdüse und dem Zylinder selbst ausgebildet sein. Diese Schleppverbindung kann zwei im Zylinder im Abstand voneinander angeordnete Anschläge aufweisen, die die Endstellungen der Blasdüse bezüglich des Zylinders festlegen, wobei dieser mittels einer Feder in Richtung des Ausschalthubes vorgespannt sein kann. Diese Feder, die im Zuge des Einschalthubes stärker gespannt wird, dient auch als ein den Antrieb unterstützender Kraftspeicher.
Andererseits kann der Zylinder auch über ein Getriebe (Hebel-, Reibrad- oder Zahnradgetriebe) an die das bewegliche Kontaktstück und die Blasdüse bewegenden Schubstange gekoppelt sein, welches Getriebe in Richtung auf den Zylinder hin untersetzend wirkt. In diesem Falle bleibt die Bewegung des Zylinders in bezug auf jene der Schubstange in jeder Phase des Ausschalthubes wohl definiert.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden, rein beispielsweisen Beschreibung von Ausführungsformen des vorgeschlagenen Druckgasschalters anhand der Zeichnung.
Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch die wesentlichen Bestandteile einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 1 eine zweite Ausführungsform,
Fig. 2a einen schematischen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 2, und
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform.

Der dargestellte Druckgasschalter 10 ist jeweils in der linken Bildhälfte der Fig. 1 - 3 in Einschalt-, in der rechten Bildhälfte in Ausschaltstellung gezeigt, wobei sich funktionel entsprechende Bestandteile mit den selben Bezugsziffern bezeichnet sind.
Ein elektrisch leitender Stützer 11 trägt ein nur teilweise dargestelltes rohrförmiges Isoliergehäuse 12, in welchem die wesentlichen Bestandteile des Schalters angeordnet sind und welches ein Löschgas unter Druck, beispielsweise SF₆ , enthält. Ein am freien Ende einer Schubstange 13 befestigtes, stiftförmiges Kontaktstück 14 ist mittels eines nicht dargestellten Antriebes, der die Schubstange 13 entweder in Richtung des Pfeiles 15 (Ausschalthub) oder des Pfeiles 16 (Einschalthub) bewegt, in und ausser Eingriff mit einem rohrförmigen, ortsfest angeordneten Kontaktstück 17 bringbar. An der Schubstange 13, die mittels Schleifkontakten 32 elektrisch mit dem Stützer 11 verbunden ist, ist durch nicht dargestellte Mittel eine Blasdüse 18 befestigt, die mit ihrem Düsenraum 19 das bewegliche Kontaktstück 14 umgibt und mit ihrer engsten Stelle 20 diesem vorgelagert ist. Wie den Fig. 1 - 3 deutlich zu entnehmen ist, stehen die Einlässe 21 der Blasdüse 18 direkt mit einem Pumpraum 22 in Verbindung. Der Pumpraum 22 ist umfangsseitig von einem Zylinder 23 begrenzt, der seinerseits verschiebbar auf einem Pumpkolben 24 geführt ist. Der Pumpkolben 24 ist über mehrere (wenigstens zwei) Säulen 25 fest auf dem Stützer 11 abgestützt. Die Blasdüse 18 ist ebenfalls verschiebbar im Zylinder-23 gelagert und wirkt somit ebenfalls als Kolben.
In Fig. 1 ist an der Innenseite des Zylinders 23 am oberen Ende desselben ein erster Anschlag 26 und im mittleren Bereich ein zweiter Anschlag 27 ausgebildet. Diese Anschläge sind dazu bestimmt, mit dem Umfangsflansch 28 der Blasdüse 18 zusammenzuwirken und legen somit das Ausmass der Relativbewegung der Blasdüse 18 im Zylinder 23 fest. Diese Anschläge 26, 27 bilden zusammen mit dem Umfangsflansch 28 eine zwischen Schubstange 13 und Zylinder 23 wirksame Schleppverbindung. Auf dem Pumpraum 22 abgekehrten Seite des Kolbens 24 sind die einen Enden von die Säulen 25 umgebenden Druckfedern 29 abgestützt, deren anderes Ende auf ein Widerlager 30 drückt, das starr mit dem unteren Ende des Zylinders 23 verbunden ist. Mithin ist der Zylinder 23 in Richtung des Ausschalthubes vorgespannt, und die Federn 21 wirken als Kraftspeicher, der über den Zylinder 23, den Anschlag 26, den Umfangsflansch 28 an die Schubstange 13 gekoppelt ist und den Antrieb zumindest am Anfang der Ausschaltbewegung unterstützt und zur Beschleunigung des beweglichen Kontaktstückes 14 beiträgt.
Beim Ausschalthub bewegt sich das bewegliche Kontaktstück 14 und mit diesem die Blasdüse 18 weg vom festen Kontaktstück 17. Der Zylinder 23 entfernt sich ebenfalls vom festen Kontaktstück, jedoch nur bis der Anschlag 27 zur Auflage auf den ortsfesten Kolben 24 gelangt. Sodann bleibt der Zylinder 23 stehen, der Umfangsflansch 28 löst sich vom Anschlag 26,und nun verdrängt die nun als Kolben wirkende Blasdüse das Löschgas aus dem verbleibenden Pumpraum, bis die Stellung gemäss Fig. 1 rechts erreicht ist. Der Zylinder 23 hat einen um die mit dem Masspfeil 31 angegebene Strecke geringeren Weg als der Schalthub zurückgelegt.
Beim Einschalthub bleibt der Zylinder 23 zunächst stehen und wird erst dann emporgehoben, wenn der Umfangsflansch 28 der Blasdüse 18 auf den Anschlag 26 auftrifft, wobei die Druckfedern 29 dann wieder gespannt werden.
Während, wie erwähnt, in Fig. 1 der Zylinder 23 über eine Schleppverbindung an die Schubstange 13 gekoppelt ist, ist in den Fig. 2 und 3 für diese Koppelung ein Getriebe vorgesehen, und zwar in Fig. 2 ein kraftschlüssiges und in Fig. 3 ein formschlüssiges Getriebe.
Wie aus den Fig. 2 und 2a ersichtlich ist, sind bei dieder Ausführungsform an der Schubstange 13 umfangsseitig längs sich erstreckende Wülste 33 mit nach aussen konvexem Querschnitt angeformt, die jeweils gegenüber einer der den Kolben 24 stützenden Säulen 25 angeordnet sind. Entsprechend der Anzahl Wülste 33 (dargestellt sind deren vier, es könnten aber ebensogut nur deren zwei oder drei sein) sind an der Innenseite des Zylinders 23 in dessen unterem Bereich Paare von nach innen sich erstreckenden Lagerlaschen 34 befestigt, wobei die Lagerlaschen 34 eines Paares jeweils eine Säule 25 mit Spiel umgreifen. An jedem Paar Lagerlaschen sind zwei Paare glatter Kegelräder 35, 36 auf einem Zapfen 37 drehbar gelagert. Die beiden Kegelräder 35, 36 eines Paares sind mit ihrem kleineren Durchmesser einander zugekehrt angeordnet. Das Kegelrad 35 sitzt fest auf dem in den Lagerlaschen 34 drehbar gelagerten Zapfen 37, während das Kegelrad 36 frei drehbar auf dem Zapfen 37 ist. Der über das Kegelrad 36 hinausreichende Zapfen 37 steht unter der Wirkung einer Druckfeder 38, so dass die Kegelräder 35, 36 federnd aufeinander zu vorgespannt sind. Mit ihrer Mantelfläche wälzen sich die Kegelräder 35, 36 einerseits an der zugeordneten, ortsfesten Säule 25 ab, andererseits an dem an der Schubstange 13 angeformten Wulst 33 und wirken somit auch als Rollkontakte zwischen der Schubstange 13 und der betreffenden Säule 25, also zwischen dem beweglichen Kontaktstück 14 und dem Stützer 11.
Daraus ergibt sich, dass sowohl beim Ausschalt- als auch beim Einschalthub die Bewegung der Schubstange 13 gleichsinnig auf den Zylinder 23 übertragen wird, der jedoch nur die Hälfte des Weges der Schubstange 13 zurücklegt. Da die Koppelung des Zylinders 23 an die Schubstange 13 kraftschlüssig, also nicht zwingend schlupffrei ist, kann auch bei dieser Ausführungsform - wie gestrichelt angegeben - der Anschlag 27 vorgesehen sein, über den dann der Zylinder 23 mittels des Umfangsflansches 28 und unter Ueberwindung des Kraftschlusses zwischen den Säulen 25 sowie der Schubstange 13 einerseits und den Kegelrädern 35, 36 andererseits am Ende des Ausschalthubes in seine unterste Stellung gedrückt wird. Entsprechendes gilt beim Einschalthub für den Anschlag 26, über den der Umfangsflansch 28 am Ende des Einschalthubes den Zylinder 23 in die oberste Stellung drückt.
Der wesentliche Unterschied zwischen der Ausführungsform der Fig. 2 und jener der Fig. 3 besteht darin, dass die Getriebekoppelung zwischen der Schubstange 13 und dem Zylinder 23 formschlüssig, also schlupffrei ist.
Zu diesem Zweck ist an den ortsfesten Säulen 25 je eine Zahnstange 39 und an den den Säulen 25 gegenüberliegenden Seiten der Schubstange 13 ebenfalls eine Zahnstange 40 befestigt. Im unteren Bereich des Zylinders 23 sind an dessen Innenseite Lagerausleger 41 befestigt, in denen je ein sowohl mit der Zahnstange 39 als auch mit der Zahnstange 40 kämmendes Zahnrad 42 frei drehbar gelagert ist. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform entspricht weitgehend jener der Ausführungsform gemäss Fig. 2 mit dem bereits genannten Unterschied, dass die Koppelung zwischen Schubstange 13 und Zylinder 23 schlupffrei ist.
Wie bei der Fig. 1 können auch bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 Federn vorgesehen sein, die den Zylinder 23 in Richtung des Ausschalthubes belasten, und somit auch als den Schalterantrieb unterstützenden Kraftspeicher dienen.

Claims

1. Druckgasschalter mit einem am Ende einer Schubstange befestigten, beweglichen Kontaktstück, das in und ausser Eingriff mit einem ortsfesten Kontaktstück bringbar ist, und mit einer das freie Ende des beweglichen Kontaktstükkes umgebenden, an der Schubstange befestigten Blasdüse, deren Einlass mit einem, ein Löschgas enthaltenden und von einem Zylinder umschlossenen Pumpraum in Verbindung steht, der im Zuge eines Ausschalthubes unter Druck setzbar ist, wobei der Zylinder verschiebbar auf einem ortsfest abgestützten Kolben geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasdüse (18) als Boden eines zweiten, dem ersten Kolben (24) gegenüberliegenden Kolben ausgebildet ist, der relativ zum Zylinder (23) in diesem zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist, wobei Mittel (26 - 29; 33 - 35; 39 - 42) vorgesehen sind, um den Zylinder (23) während eines Ausschalthubes gleichsinnig wie das bewegliche Kontaktstück (14) jedoch um einen geringeren Weg als dieses zu bewegen.

2. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinder (23) zwei Anschläge (26, 27) vorhanden sind, die die beiden Endstellungen der Blasdüse (18) im Zylinder (23) festlegen, wobei der Zylinder (23) mittels wenigstens einer Feder (21) in Ausschaltrichtung belastet ist.

3. _Druckgasschalter nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (29) einerends auf der dem _Pumpraum (22) abgekehrten Seite des ortsfest abgestützten Kolbens (24) und andernends auf einem mit dem Zylinder (23) fest verbundenen Widerlager (30) abgestützt ist.

4. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (23) über ein untersetzendes Getriebe (33 - 35; 39 - 42) an die Schubstange (13) gekoppelt ist.

5. _Druckgasschalter nach Patentanspruch 4, bei dem der ortsfest abgestützte Kolben von wenigstens einer Säule getragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das untersetzende Getriebe Reibräder (35) aufweist, deren Umfang einerseits an der Schubstange (13) und andererseits an der Säule (25) angreift,und die ihrerseits an einem Zylinder (23) befestigten Lagerausleger (34) drehbar gelagert sind.

6. _Druckgasschalter nach Patentanspruch 4, bei dem der ortsfest abgestützte Kolben von wenigstens einer Säule getragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das untersetzende Getriebe wenigstens ein Zahnrad (42) aufweist, das sowohl mit einer an der Schubstange (13) befestigten als auch mit einer an der Säule (25) befestigten Zahnstange (40 bzw. 39) kämmt, und das in einem am Zylinder (23) befestigten Lagerausleger (41) drehbar gelagert ist.

7. Druckgasschalter nach Patentantspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibräder je ein Paar gleichachsige mit ihren kleineren Durchmessern einander zugekehrte, glatte Kegelräder (35) aufweisen, die federnd aufeinander zu vorgespannt sind.

8. Druckgasschalter nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelflächen der Kegelräder (35) jedes Paares je an einem an der Schubstange (13) vorhandenen, achsial sich erstreckendem und im Querschnitt konvexen Wulst (33) angreifen.