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Dokumentenidentifikation DE4324850C2 29.08.1996
Titel Vorrichtung zum Schalten hoher Spannungen und/oder hoher Ströme und/oder hoher Frequenzen
Anmelder Heinzinger electronic GmbH, 83026 Rosenheim, DE
Erfinder Laumer, Sebastian, 83224 Grassau, DE
Vertreter Weber, O., Dipl.-Phys.; Heim, H., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing.; Lang, F., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anwälte, 81479 München
DE-Anmeldedatum 23.07.1993
DE-Aktenzeichen 4324850
Offenlegungstag 26.01.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.08.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.08.1996
IPC-Hauptklasse H01H 33/42
IPC-Nebenklasse H01H 25/06   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten hoher Spannungen und/oder hoher Ströme und/oder hoher Frequenzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen, die üblicherweise als Schalter bezeichnet werden, dienen zum Ein- und Ausschalten elektrischer Stromkreise durch Schließen und Öffnen von Kontaktverbindungen. Die Kontaktverbindungen werden gewöhnlich von Kontaktelementen gebildet, welche aus Metallen oder aus Metallegierungen bestehen.

Schaltvorgänge in elektrischen Netzen und Anlagen rufen sogenannte innere Überspannungen hervor, deren Höhe, Frequenz, Dauer und Anstiegssteilheit den Verlauf der Spannungsbeanspruchung für den oder die Isolatoren einer Schaltvorrichtung bestimmen.

Die hohen Schaltüberspannungen, welche nicht nur von Abschaltungen, sondern auch von Laständerungen und damit von allen Schalthandlungen in elektrischen Energienetzen hervorgerufen werden, beanspruchen kurzzeitig die Isolation des Netzes und der Anlagenteile auf ein Vielfaches der Nennspannung.

Schaltvorgänge bei hohen Spannungen, Strömen und Frequenzen stellen besonders hohe Anforderungen an eine Schaltvorrichtung bzw. an einen Schalter. Es müssen ausreichende Luft- und Kriechstrecken vorhanden sein, damit eventuell auftretende Kriechströme nicht zu einem Kurzschluß oder zu einer Funkenbildung bzw. zu einer Verbindung mit dem Schutzleiterkontakt führen. Eine ausreichende Abschirmung kann durch eine Ummantelung oder Eingießen der Kontaktelemente, beispielsweise der Kontaktbuchsen bei Steckkontaktverbindungen, in ein Isoliermaterial und durch die Ausbildung großer Freiräume zwischen den Kontaktelementen erreicht werden.

Auch Hochstromkontaktverbindungen lassen sich vorteilhaft als Rundkontaktelemente aufbauen, die eine besonders große Kontaktfläche auf kleinsten Raum aufweisen. Bei Hochfrequenzschaltern kann wegen der Anforderungen an den Wellenwiderstand nur schwer von der Form einer koaxialen Kontaktverbindung abgewichen werden.

Ein Nachteil dieser koaxialen Kontaktverbindungen in Schaltvorrichtungen ist darin zu sehen, daß diese nur durch eine Bewegung in axialer Richtung zu betätigen, d. h. zu schließen und zu öffnen, sind. Aufgrund dieser axialen Schaltbewegung und der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken weisen die Schaltvorrichtungen eine relativ große Baugröße auf, weshalb nur eine begrenzte Anwendung möglich ist. Damit verbunden ist außerdem ein höherer Herstellungsaufwand. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die vorteilhaften koaxialen Kontaktverbindungen bei Dreh- und Schiebeschaltern prinzipiell nicht verwendet werden können.

Eine Schaltvorrichtung mit zwei in Reihe geschalteten, von der geometrischen Anordnung her symmetrisch gegenüberliegenden, gemeinsam über eine Erdisolation gekoppelten Schaltkammern und mit einer Schaltstange zur Übertragung der zur Schalthandlung notwendigen Kräfte ist aus der DD 2 46 419 A1 bekannt. Mit möglichst geringem Raumbedarf soll die Schubbewegung der Schaltstange in eine Hubbewegung der bewegten Kontaktteile und in eine translatorische Kompressionsbewegung der Blaskolbeneinrichtung in den beiden Schaltkammern umgewandelt werden.

In dem DE 91 12 411 U1 ist ein metallgekapseltes, druckgasisoliertes Hochspannungsschaltgerät beschrieben, welches zur Verringerung der räumlichen Abmessung einer Kapselung und des inneren Aufbaus einen Antriebshebel mit angeformter Feldelektrode aufweist. Indem die im Einschaltzustand aus einer Ausbuchtung vorspringenden Teile des Antriebshebels abgeschirmt werden, kann der das Drehmoment der Antriebsvorrichtung übertragende Hebel teilweise in den Kapselungsinnenraum vorspringend angeordnet und platzsparend mit geringem Gewicht konzipiert werden.

Bei diesen bekannten Schaltvorrichtungen können die Kontaktelemente lediglich eine eindimensionale Bewegung zum Herstellen und Lösen von Kontaktverbindungen ausführen. Die axiale Schaltbewegung führt zu einer relativ großen Baugröße und ist in der Regel mit einem höheren Herstellungsaufwand sowie einer begrenzten Anwendung verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schalten hoher Spannungen, Ströme und Frequenzen zu schaffen, die die Verwendung von insbesondere koaxialen Kontaktverbindungen ermöglicht und für den Einsatz mehrpoliger Umschalter oder Mehrfachschalter geeignet ist, wobei die Gefahr eines Kurzschlusses oder einer Fehlfunktion weitgehend ausgeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Figurenbeschreibung enthalten.

Grundgedanke der Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung durch eine zweidimensionale, inbesondere mehrphasige Bewegung eines Kontaktelementes der mindestens einen Kontaktverbindung zu betätigen, wobei jeder Bewegungsphase eine definierte, vorgebbare Bewegungsrichtung zugeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist ein Schalter bzw. eine Schaltvorrichtung mit mindestens einer Kontaktverbindung beispielsweise einer koaxialen Kontaktverbindung, durch eine zweidimensionale, insbesondere zweiphasige Bewegung mindestens eines Kontaktelementes jeder Kontaktverbindung zu betätigen, beispielsweise ein- oder auszuschalten. In einer ersten Phase kann eine axiale Hubbewegung, bezogen auf die Längsachse der Vorrichtung, erfolgen, in welcher z. B. die Kontaktverbindungen gelöst werden. In einer zweiten Phase wird eine Bewegung mit veränderter Bewegungsrichtung bezogen auf die Hauptbewegungsachse der Schaltvorrichtung durchgeführt. Bei einem Drehschalter kann die zweite Phase in einer Drehbewegung bestehen, bei der zumindest ein Kontaktelement, gegebenenfalls auch beide Kontaktelemente in einer entgegengerichteten Drehbewegung, koaxial zur Längsachse der Vorrichtung bewegt werden. Aufgrund dieser zweidimensionalen mehrphasigen, bevorzugt zweiphasigen Bewegung wird ein großer Abstand der Kontaktelemente einer Kontaktverbindung erreicht, so daß die Gefahr des Überschlagens der hohen Schaltspannungen verringert ist.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist bei Umschaltvorrichtungen oder Mehrfachschaltern gegeben. Die Vorrichtungen weisen eine geringe Baugröße auf und ermöglichen durch die Kombination von axialer Hubbewegung und koaxialer Drehbewegung in besonders einfacher Weise ein Um- und Mehrfachschalten. Beispielsweise kann in einer dreiphasigen Schaltbewegung ein Umpolen eines vierpoligen Umschalters durchgeführt werden, indem in einer ersten axialen Hubbewegung die Kontaktverbindungen gelöst werden und nach einer koaxialen Drehbewegung zumindest eines der mit Kontaktelementen der Kontaktverbindungen versehenen Schalterteile eine axiale Hubbewegung zum Herstellen der nunmehr umgepolten Kontaktverbindung, und zwar im Vergleich zur ersten axialen Hubbewegung in entgegengesetzter Richtung, vorgesehen ist.

Zur Vermeidung einer Fehlfunktion der Schaltvorrichtung ist zumindest im Bereich des einen Kontaktelementes einer Kontaktverbindung eine zusätzliche Isolation vorgesehen, welche bevorzugt derart ausgelegt ist, daß während der gesamten mehrphasigen Schaltbewegung eine zusätzliche Abschirmung durch eine verlängerte Luftstrecke gewährleistet ist.

Zweckmäßigerweise sind diese Isolatoranordnungen als kreisförmige Isolationsringe um eine oder mehrere Kontaktanordnungen angeordnet.

Eine bevorzugte Schaltvorrichtung weist ein Schaltergehäuse ähnlich einer Steckdose mit einem kreisförmigen Innenraum auf, in dem ein Drehschalter angeordnet ist. An einer Grundplatte des Schaltergehäuses befinden sich isolierte Steckbuchsen, die mit Kontaktstiften, welche am Drehschalter angeordnet sind, eine koaxiale Kontaktverbindung bilden.

Eine besonders wirkungsvolle Abschirmung bzw. eine erheblich vergrößerte Luftstrecke und damit Isolation der beim Schalten getrennten Kontaktelemente wird erreicht, wenn sowohl im Bereich der Steckbuchsen als auch im Bereich der Kontaktstifte Isolatoranordnungen vorhanden sind. Beispielsweise können diese Isolatoranordnungen auch als Kreisringsegmente ausgeformt sein, die sich parallel zu den koaxialen Steckverbindungen und koaxial zur Längsachse der Schaltvorrichtung erstrecken. Durch eine komplementäre Ausbildung der Isolatoranordnungen wird während einer zwei- oder mehrphasigen Bewegung des Drehschalters und/oder des Schaltergehäuses bzw. eines Gehäuseteils eine besonders gute Isolation der miteinander kämmenden Isolatoranordnungen gewährleistet.

Die Betätigung der Schaltvorrichtung kann manuell erfolgen. Unmittelbare Handantriebe sollten jedoch an Leistungsschaltern nur als Behelfsantrieb verwendet werden. Kraftantriebe können Druckmittelantriebe, Motorantriebe, Motorspeicherantriebe oder Magnetantriebe sein.

Es besteht die Möglichkeit, für jede Bewegungsphase des Schaltvorganges einen gesonderten Antrieb zu installieren. Außerdem ist es sinnvoll, insbesondere bei Mehrfachschaltern und beispielsweise Umpolschaltern, die Schaltstellung sichtbar zu machen, beispielsweise am Schaltantrieb.

Eine bevorzugte Vorrichtung zum Schalten hoher Ströme, Spannungen und/oder Frequenzen, welche als Steckvorrichtung mit Steckbuchsen am Schaltergehäuse und Kontaktstiften am Drehschalter ausgebildet ist, sieht einen Drehzylinder als Drehschalter vor. Durch eine Deckplatte des Schaltergehäuses ist eine Schaltachse mittig geführt, welche von einer parallel angeordneten Schalterplatte des Drehschalters aufgenommen ist und eine außerhalb des Schaltgehäuses angeordnete Betätigungseinrichtung, beispielsweise eine Handhabe, mit dem Drehschalter verbindet.

Zweckmäßigerweise sind Rastelemente, wie Nocken und komplementäre Ausnehmungen vorgesehen, welche eine Halterung und gegebenenfalls das Sichtbarmachen der Schaltstellungen des Drehschalters ermöglichen. Es ist zweckmäßig, zumindest die Endstellungen des Drehschalters im Schaltergehäuse mit Hilfe der Rastelemente oder auch Rasteinrichtungen lösbar zu fixieren.

Zur Realisierung einer zweidimensionalen mehrphasigen Schalterbewegung ist eine Führungseinrichtung vorgesehen. Eine derartige Führungseinrichtung kann beispielsweise aus einer Führungsnut am Außenumfang des Drehschalters und einem Mitnehmerstift, der an der Innenwandung des Schaltergehäuses positioniert ist, bestehen.

Als besonders zweckmäßige Führungseinrichtung hat sich eine Führungsnut an der Innenwandung des Schaltergehäuses erwiesen, welche mit einem Mitnehmerstift und mit einer Federeinrichtung zusammenwirkt, um eine definierte zweidimensionale mehrphasige Bewegung des Drehschalters zu erreichen. Der Mitnehmerstift ist mit der Federeinrichtung, beispielsweise einer Blattfeder, kraftschlüssig verbunden, wobei die Federeinrichtung zwischen der Deckplatte des Schaltergehäuses und der Schalterplatte des Drehschalters derart angeordnet ist, daß die axiale Öffnungsbewegung und die koaxiale Drehbewegung des Drehschalters begrenzt sind. Der Mitnehmerstift ist bevorzugt um 90° versetzt zur Federeinrichtung und beide parallel zur Deckplatte des Schaltergehäuses bzw. zur Schalterplatte des Drehschalters angeordnet. Zweckmäßigerweise ist die Verbindung zwischen Blattfeder und Mitnehmerstift im Bereich der Schaltachse fixiert, so daß der Mitnehmerstift und die Blattfeder von der Betätigungseinrichtung aktiviert werden können. Eine Übertragung zur definierten Drehbewegung des Drehschalters kann über Eingriffselemente oder Rastelemente ermöglicht werden, welche an der Federeinrichtung und, in einer komplementären Ausbildung, an der Schalterplatte angeordnet sind.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Optimierung des Schaltereinbaues und zur verbesserten Handhabung eine adapterähnliche Kupplungseinrichtung zwischen der äußeren Betätigungseinrichtung und dem Schaltergehäuse vorgesehen. Die Kupplungseinrichtung umfaßt eine zylinderförmige Hülse, die an ihrem zum Drehschalter gerichteten Ende mit wenigstens einem Schlitz in Längsrichtung versehen ist. In dieser Hülse sind die Schaltachse der Schaltvorrichtung und, beabstandet zur Schaltachse, die Achse der Betätigungseinrichtung mittig geführt. Die Hülse ist mit der Achse der Betätigungseinrichtung fest verbunden. Eine Bewegung der Betätigungseinrichtung wird über deren Achse auf die Hülse übertragen und über einen Querstift, welcher in der Schaltachse angeordnet und in den vertikalen Schlitzen der Hülse geführt ist, auf die Schaltachse übertragen. Die axiale Länge der Hülse, der Abstand der Achse der Betätigungseinrichtung von der Schaltachse sowie die axiale Erstreckung der Schlitze in der Hülse sind entsprechend der axialen Hubbewegung des Drehschalters dimensioniert. Die Kupplungseinrichtung ermöglicht die Abdeckung des Schalters, d. h. einen Einbau, beispielsweise hinter einer Frontplatte, so daß die gesamte Bewegung der Schaltachse, insbesondere in axialer Richtung, von der Kupplungseinrichtung aufgenommen und am Handgriff nur die Drehbewegung sichtbar wird. Mit einer Frontplatte und der Kupplungseinrichtung wird eine stabile Führung und Übertragung der Schaltbewegungen erreicht. Gleichzeitig wird eine den ästhetischen Anforderungen genügende Einbaumöglichkeit aufgezeigt.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere für koaxiale Kontakt formen oder Kontaktverbindungen geeignet ist, kann die erfindungsgemäße Konstruktion und eine mehrphasige Schalterbetätigung vorteilhaft auch bei Schleif- oder Rollkontaktverbindungen angewendet werden, welche beispielsweise radial zur Längsachse angeordnet sind. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Erfindung bei linearen Schiebeschaltern anzuwenden.

Beispielsweise kann eine Konstruktion radial angeordnete Kontaktverbindungen, bezogen auf die Drehachse der Vorrichtung; vorsehen, bei denen die Kontaktelemente einer koaxialen Kontaktverbindung zueinander axial angeordnet sind. Das oder die radial bewegbar an einem drehbaren Vorrichtungsteil angeordneten Kontaktelemente gelangen nach einer Drehbewegung des rotorähnlichen Vorrichtungsteils mit den fest oder ebenfalls radial in einem stator- oder gehäuseähnlichen, zweiten Vorrichtungsteil angeordneten Kontaktelemente in Verbindung. Die zweiphasige Bewegung umfaßt folglich eine rotative bzw. Drehbewegung und eine zur Drehachse radiale Hubbewegung mindestens eines der Kontaktelemente einer Kontaktverbindung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung weiter beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 5 einen vertikalen Längsschnitt durch einen vierpoligen Umpolschalter;

Fig. 6 bis Fig. 10 einen horizontalen Querschnitt entsprechend der dreiphasigen Schalterbewegung gemäß Fig. 1 bis 5 und

Fig. 11 einen Ausschnitt eines Längsschnittes einer Isolatoranordnung im Bereich einer Kontaktverbindung.

In den Fig. 1 bis 10 ist in einer stark schematisierten Weise als ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 2 zum Schalten hoher Spannungen und/oder hoher Ströme und/ oder hoher Frequenzen ein Umpolschalter gezeigt, welcher als Kontaktverbindungen 3 vier Steckverbindungen 5 aufweist.

Dieser 30 kV Umpolschalter ist als Drehschalter mit koaxialen Kontaktelementen 7, 8 ausgebildet. Jede Steckverbindung 5 besteht aus einer Steckbuchse 10, welche eine Isolatorhülse 29 am Außenumfang aufweist, und aus einem Kontaktstift 11, der durch eine axiale Bewegung in eine Steckbuchse 10 einführbar ist oder aber zum Trennen einer Steckverbindung aus der Steckbuchse herausführbar ist. Die vier Steckbuchsen 10 des dargestellten Umpolschalters sind an einer Grundplatte 34 eines Schaltergehäuses 15 koaxial zur Längsachse 25 der Vorrichtung 2 angeordnet.

Das Schaltergehäuse 15 weist einen kreisringförmigen Innenraum 30 auf, in welchem ein Drehschalter 17 mit vier Kontaktstiften 11 bewegbar angeordnet ist.

In Fig. 1 und der zugehörigen Fig. 6 (Querschnitt A-A gem. Fig. 1) ist der Stromkreis (nicht dargestellt) geschlossen. Die Kontaktstifte 11 und die isolierten Steckbuchsen 10 bilden eine Steckverbindung 5.

Zum Umpolen bzw. für einen Schaltvorgang wird in diesem Ausführungsbeispiel der Drehschalter 17 über eine Betätigungseinrichtung 40 einer zweidimensionalen dreiphasigen Bewegung unterworfen.

In einer ersten Phase, einer axialen Hubbewegung gemäß Pfeil 13 (Fig. 1) werden die koaxialen Steckverbindungen 5 unterbrochen, indem die Kontaktstifte 11 aus den Steckbuchsen 10 gezogen werden. In Fig. 2 und 7 ist die axiale Endstellung bei getrennten Steckverbindungen 5 dargestellt, die durch eine 45-Grad-Drehung der Betätigungseinrichtung 40 und der Schaltachse 39 sowie einer Führungseinrichtung 20 erreicht wird.

Fig. 3 und 4 sowie die Fig. 7 bis 9 zeigen die Stellung der Kontaktelemente 7 und 8 bei der nachfolgenden zweiten Bewegungsphase, einer koaxialen Drehbewegung, bezogen auf die Längsachse 25 bzw. die Schaltachse 39 der Vorrichtung 2. In Verbindung mit Fig. 11, aus der die Isolatoranordnungen 19 und 21 am Schaltgehäuse 15 und am Drehschalter 17 hervorgehen, wird ersichtlich, daß bei Anwendung einer koaxialen Kontaktverbindung bei einer Schaltvorrichtung mit Drehschalter 17 die erforderlichen großen Luft- und Kriechstrecken vorhanden sind.

Der Pfeil 14 in Fig. 4 veranschaulicht die axiale Hubbewegung zum Schließen der Steckverbindung 5, die entgegengesetzt zur ersten, öffnenden axialen Hubbewegung gemäß Fig. 1 gerichtet ist. Die axialen Hubbewegungen sowie die Drehbewegung werden, wie durch Pfeil 24 in den Fig. 6 bis 10 angedeutet ist, durch eine Drehung der Betätigungseinrichtung 40 im Uhrzeigersinn und mit Hilfe einer Führungseinrichtung 20 erreicht.

Die Führungseinrichtung 20 umfaßt als eine Steuerstrecke eine in etwa bogenförmige Führungsnut 31, die an der Innenwandung des Schaltergehäuses 15 ausgebildet ist, einen Mitnehmerstift 33 sowie eine Federeinrichtung 27, insbesondere eine Blattfeder, mit Eingriffselementen oder Rastelementen 28, 38 an der Federeinrichtung 27 und an einer Schalterplatte 37 des Drehschalters 17.

Der Drehschalter 17, der hohlzylinderartig ausgebildet sein kann und die Schalterplatte 37 sowie die Kontaktstifte 11 als Kontaktelemente 8 aufweist, ist zwischen zwei axialen Endstellungen bewegbar. Die Bewegung wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel direkt von der Betätigungseinrichtung 40 auf die fest mit dieser verbundenen Schaltachse 39 übertragen.

Die Schaltachse 39 ist durch eine mittige Ausnehmung (nicht dargestellt) der Deckplatte 32 des Schaltergehäuses 15 geführt. An dieser Deckplatte 32 ist eine Drehrastbuchse 46 angeordnet, welche zur beispielsweise rastbaren Aufnahme von Rastelementen 42, beispielsweise von Nocken 44, die an der Schaltachse 39 angeordnet sind, ausgebildet ist.

Aus den Fig. 1 und 5 sowie aus den Fig. 6 bis 10 ist die Ausbildung der Führungsnut 31 an der Innenwandung des Schaltergehäuses 15 ersichtlich, die jeweils zwei sich gegenüberliegende, 45-Grad-Kreisbogenabschnitte 22, 23 und zwei obere, sich ebenfalls gegenüberliegende Kreisbögen 35, 36 umfaßt, wobei letztere von der Deckplatte 32 begrenzt sind. Der Mitnehmerstift 33, der rechtwinklig zur Feder 27 und zusammen mit dieser an der mittig an der Schalterplatte 37 angreifenden Schaltachse 39, d. h. zwischen der Schalterplatte 37 und der Deckplatte 32, fixiert ist, reicht bis in die Führungsnut 31 und bewirkt eine axiale Hubbewegung bei einer 45-Grad-Drehung der Betätigungseinrichtung 40, bei der der Mitnehmerstift 33 in dem Nutbogen 22 geführt wird (siehe Fig. 1 und 2). Fig. 7 zeigt in einem Querschnitt entlang der Deckplatte 32 die Stellung des Mitnehmerstiftes 33 und der Blattfeder 27 nach einer 45-Grad-Drehung der Betätigungseinrichtung 40 mit Schaltachse 39, Mitnehmerstift 33 und Blattfeder 27.

Eine koaxiale Drehbewegung des Drehschalters 17 erfolgt beim Weiterdrehen der Betätigungseinrichtung 40 von der 45-Grad-Stellung bis zur 135-Grad-Stellung (Fig. 2 bis 4 und Fig. 7 bis 9). Während dieser Drehung wird der Mitnehmerstift 33 in den oberen Kreisbögen 35 bzw. 36 geführt. Die Feder 27, die starr mit dem Mitnehmerstift 33 verbunden ist, weist wenigstens ein Eingriffselement 28 auf, welches in einer oberen Endlage (siehe Fig. 2 bis 4) mit einer komplementären Ausnehmung 38 der Schalterplatte 37 zusammenwirkt. Das Eingriffselement 28 kann beispielsweise als senkrecht in Richtung Schalterplatte ausgerichtete Nase in einem endseitigen Bereich der Feder 27 ausgebildet sein. Die Ausnehmungen 38, welche beispielsweise langlochartig und koaxial zur Schaltachse ausgebildet sein können, sind analog zu den vier Übergängen der Führungsnut 31 angeordnet, d. h. zwischen dem Kreisbogen 35 und dem beidseitig anliegenden Bogen 22 sowie zwischen dem Kreisbogen 36 und den beidseitig anliegenden Bögen 23. Nach einer 180-Grad-Drehung der Betätigungseinrichtung 40 ist eine Umpolung erfolgt, die aus den Fig. 5 und 10 hervorgeht.

In den Fig. 6 und 11 sind die Isolatoranordnungen 19, 21 an der Grundplatte 34 des Schaltergehäuses 15 bzw. an der Schalterplatte 37 des Drehschalters 17 dargestellt. Diese Isolatoranordnungen sind in diesem Ausführungsbeispiel als koaxiale Isolationsringe ausgebildet, zwischen denen die Steckverbindungen 5 angeordnet sind. Die Isolatoranordnung 19 im Bereich der Steckbuchsen 10 ist komplementär zur Isolatoranordnung 21 des Drehschalters 17 ausgebildet. Die Höhe der Isolatoranordnungen 19, 21 entspricht nahezu der axialen Erstreckung der Kontaktstifte 11 und der Steckbuchsen 10. Auf diese Weise ist eine im Prinzip mäanderförmige Luftstrecke und damit eine erheblich vergrößerte Luftstrecke zur Isolation der Kontaktverbindung, insbesondere bei den mehrphasigen Schaltvorgängen geschaffen. Die nachteiligen Folgen von Schaltüberspannungen sind weitgehend eliminiert.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Schalten hoher Spannungen und/oder hoher Ströme und/oder hoher Frequenzen, insbesondere für mehrpolige Umschalter mit koaxialen Kontaktverbindungen innerhalb eines Gehäuses, wobei wenigstens ein Kontaktelement jeder Kontaktverbindung betätigbar und mehrphasig bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kontaktverbindung (3) durch eine zweidimensionale Bewegung mindestens eines Kontaktelementes (7, 8) herstellbar und trennbar ist und daß für die zweidimensionale Bewegung ein in einem Schaltergehäuse (15) axial und rotativ bewegbarer Drehschalter (17) vorgesehen ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionale Bewegung des Drehschalters (17) über eine Führungseinrichtung (20) am Drehschalter (17) und am Schaltergehäuse (15) erfolgt und als eine dreiphasige Bewegung eine erste axiale Hubbewegung, eine koaxiale Drehbewegung bezogen auf die Längsachse (25) der Vorrichtung (2), sowie eine zweite axiale Hubbewegung umfaßt, die der ersten axialen Hubbewegung entgegengerichtet ist, und daß die Kontaktelemente (8) des Drehschalters (17) die axialen Hubbewegungen und die kreisförmige Drehbewegung um die Längsachse (25) der Vorrichtung (2) beschreiben.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (7) am Schaltergehäuse (15) als isolierte Steckbuchsen (10) und die Kontaktelemente (8) am Drehschalter (17) als Kontaktstifte (11) ausgebildet sind, welche koaxial zur Längsachse (25) der Vorrichtung (2) verlaufende Steckverbindungen (5) bilden, und daß mindestens eine Isolatoranordnung (19, 21) vorgesehen ist, welche die Kontaktelemente (7, 8) der koaxialen Steckverbindungen (5) während der dreiphasigen Bewegung zusätzlich abschirmt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Steckbuchsen (10), welche Isolatorhülsen (29) aufweisen, kreisringförmige Isolatoranordnungen (19) vorgesehen sind, die mit komplementär ausgebildeten Isolatoranordnungen (21) des Drehschalters (17) zusammenwirken.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatoranordnungen (19, 21) aus Kreisringsegmenten gebildet sind, die sich parallel zu den Steckverbindungen (5) und koaxial zur Längsachse (25) der Vorrichtung (2) erstrecken und während der mehrphasigen Bewegung des Drehschalters (17) und/oder des Schaltergehäuses (15) miteinander kämmen.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltergehäuse (15) einen kreiszylinderförmigen Innenraum (30), eine Deckplatte (32) und eine Grundplatte (34) zur Aufnahme der Steckbuchsen (10) aufweist und daß der Drehschalter (17) als Drehzylinder mit einer parallel zur Deckplatte (32) angeordneten Schalterplatte (37) für die Kontaktstifte (11) und mit einer Schaltachse (39) versehen ist, welche den Drehschalter (17) mit einer außerhalb des Schaltergehäuses (15) angeordneten Betätigungseinrichtung (40) direkt oder indirekt verbindet.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (20) eine Führungsnut (31), welche an der Innenwandung des Schaltergehäuses (15) ausgebildet ist, einen Mitnehmerstift (33), welcher in der Führungsnut (31) geführt ist und eine Federeinrichtung (27), welche mit dem Mitnehmerstift (33) auf der Schaltachse (39) zwischen der Deckplatte (32) und der Schalterplatte (37) angeordnet und in Wirkverbindung mit der Schalterplatte (37) bringbar ist, aufweist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnut als Steuerstrecke des Mitnehmerstiftes (33) mehrere Abschnitte (22, 23; 35, 36) aufweist, wobei eine bogenförmige Führungsnut (22) für eine erste axiale Hubbewegung des Drehschalters (17) in einen oberen Kreisbogen (35) für die koaxiale Drehbewegung und in eine zweite bogenförmige Führungsnut (23) für eine entgegengesetzte zweite axiale Hubbewegung des Drehschalters (17) übergeht.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Federeinrichtung (27) eine endseitig gegen die Deckplatte (32) gerichtete und in einer ersten axialen Endstellung auf der Deckplatte (32) abgestützte Blattfeder angeordnet ist, welche gegenüber dem Mitnehmerstift (33) um 90° versetzt und zusammen mit diesem an der von der Schalterplatte (37) aufgenommenen Schaltachse (39) befestigt ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (27) Rastelemente (28), insbesondere Nasen, aufweist, die in axialen Endstellungen des Deckschalters (17) in komplementär an der Schalterplatte (37) ausgebildete Rastelemente, beispielsweise Ausnehmungen (38), eingreifen.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (40) eine Handhabe ist, die über eine Kupplungseinrichtung indirekt mit dem Drehschalter (17) verbunden ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung eine Hülse aufweist, in welcher eine Achse der Betätigungseinrichtung und, im axialen Abstand zu dieser Achse die Schaltachse (39) geführt sind, daß die Schaltachse (39) mit einem Querstift versehen ist, daß der Querstift in wenigstens einem Schlitz der Hülse geführt ist und daß die Hubbewegungen des Drehschalters (17) und der Schaltachse (39) von der Hülse aufgenommen sind.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrphasige Bewegung des mindestens einen Kontaktelementes (7, 8), insbesondere der am Drehschalters (17) angeordneten Kontaktstifte (11), über Handantrieb oder mit Kraftantrieben, beispielsweise mit Druckmittelantrieb, Motorantrieb oder Magnetantrieb erfolgt.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede, einer vorgebbaren Richtung zugeordnete Einzelbewegung der mehrphasigen Bewegung mit einem eigenen Antrieb erfolgt.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktverbindungen (3) von Schleif- oder Rollkontakten gebildet sind, welche, bezogen auf die Längsachse (25) der Vorrichtung (2), radial angeordnet sind.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktverbindungen (3) in einem linearen Schiebehalter angeordnet sind.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiphasige Bewegung eine Drehbewegung und mindestens eine zur Drehachse radiale Hubbewegung umfaßt.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Rastelemente (42) im Bereich der Schaltachse (39) und der Deckplatte (32) des Schaltergehäuses (15) vorgesehen sind, welche den Drehschalter (17) mindestens in dessen axialer Endstellung lösbar fixieren.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastelemente (42) als Nocken an der Schaltachse (39) ausgebildet sind, die in einer Ausnehmung einer Drehrastbuchse (46) an der Deckplatte (32) des Schaltergehäuses (15) einrasten.






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