用于导引高压功率开关的开关杆的装置和方法与流程

高压功率开关用于高电压和大电流、尤其在直至几万V和直至几千A的范围内的高电压和大电流的开关。为此，断路器单元包括电触点，例如标称电流触点和/或电弧触点，所述电触点分别具有两个接触件，或者断路器单元包括仅一个具有两个标称电流接触件的触点。各个触点的第一接触件可以空间固定地布置在功率开关中，并且相同触点的第二接触件可以可移动地布置在功率开关中。也可以将两个接触件可移动地布置用于电的接通和关断。对于开合过程、即触点的电分离和连接来说，关键在于触点的两个接触件彼此相向或彼此相离的相对运动。

高压功率开关可以包含灭弧气体、例如SF6，或以真空管的方式构造。断路器单元由壳体包围，并且所述壳体相对于环境气密地封闭或密封。气密的壳体被灭弧气体填充或为在壳体中形成真空而被抽真空。通过灭弧气体或真空的作用抑制和/或熄灭在进行开关时在接触件之间的电弧的燃烧。

一个或者多个所述可动接触件通过运动链例如与传动器和/或驱动器机械式相连。驱动器可以例如以电动机或弹簧蓄能器的形式构造，并且可以在开关时为电接触件的运动提供机械能。在此，开关杆作为运动链的一部分可用于将动量传输到壳体中，传输到可动接触件上。开关杆与壳体中的可动接触件连接，直接地和/或通过例如杠杆元件、传动部件和/或其他转向装置进行连接。

在开关杆的区域中对壳体内腔的密封、例如借助回转接头进行的密封以及例如助力转向的方式、例如通过杠杆部件和传动部件进行的从驱动器至开关杆的助力转向的方式，通常导致开关杆的尤其轻微的摆动。在具有真空断路器单元、即以真空管的方式的断路器单元的功率开关中应避免摆动。所使用的波纹管密封件在扭转载荷下不能长期稳定，即可能由于摆动而受损或被破坏。包含在真空管中的波纹管需要通过开关杆尽可能精确和直线式的导引。

本发明要解决的技术问题是防止或减少上述问题。本发明要解决的技术问题尤其是提供一种用于高压功率开关的装置，该装置与通常用于驱动高压功率开关的断路器单元的可动接触件的装置相比具有更少的部件或元件、产生更低的成本、并且具有更高的可靠性和耐用性。尤其在真空管中要解决的技术问题是，通过开关杆将动量从真空管的外部区域传输到内部区域，同时尤其通过波纹管的密封的确保真空管的密封性的长期稳定，而不会由于开关杆的摆动逐渐受损或破坏。本发明要解决的技术问题还在于提供一种用于驱动高压功率开关的至少一个可动电接触件的方法，所述方法可以类似于所述装置防止上述问题。

上述技术问题根据本发明通过具有根据权利要求1的特征的用于高压功率开关的装置解决，和/或通过根据权利要求13的用于驱动高压功率开关的至少一个可动电接触件的方法、尤其在使用上述装置的情况下解决。根据本发明的装置和/或根据本发明的方法的有利设计方案在从属权利要求中给出。在此，独立权利要求的内容可以相互组合和与从属权利要求的特征组合，并且从属权利要求的特征可以相互组合。

根据本发明的用于高压功率开关的装置包括断路器单元的至少一个可动电接触件，其中，至少一个可动接触件布置在开关杆上。开关杆可移动地以开关杆的仅直线式导引支承在断路器单元的壳体的外部区域和内部区域之间。

开关杆以仅直线式导引的支承防止或消除开关杆的摆动。尤其在例如具有波纹管的真空管中通过消除开关杆的摆动确保长期稳定的密封性，而不会逐渐损伤或破坏波纹管。动量通过开关杆从外部区域传输到高压功率开关的内部区域中，而不使用回转接头。回转接头通常具有多个部件或元件并且难以气密式密封，尤其是在外部区域和内部区域之间存在几个bar的高压差的情况下。通过省去回转接头和通过使用直线式导引、尤其在与波纹管的共同作用的情况下，在成本降低和部件数量减少的同时实现了该装置的高密封性以及高耐久性。

开关杆的直线式导引可包括防扭转装置。防扭转装置可以由例如可移动的物体构成，该可移动的物体可直线式移动地布置在槽中。直线式或笔直的槽引起所述物体在槽中的直线式运动，并且通过该物体与开关杆的刚性连接防止了开关杆绕其自身纵轴线的转动。也可以使用两个在开关杆上彼此相对的、布置在开关杆的相对置的侧上的物体，这两个物体可移动地布置在两个彼此相对的槽中。备选地也可以使用两个以上的物体-槽对和/或在一个槽中可以布置多个与开关杆尤其刚性连接的物体。

一个或者多个可移动的物体可以具有筒形的形状，尤其具有螺旋体形状。该螺旋体可以拧入开关杆中的螺纹孔中。作为备选例如也可以使用其他元件、例如使用销栓作为所述物体来代替螺旋体。所述物体也可以由开关杆的材料构成、尤其一体地由开关杆构成，例如通过成形具有凸起部的开关杆构成。开关杆也可以设计成例如矩形而不是圆形，并且像在轨道中一样在槽中延伸。为此，开关杆在槽的区域中可以具有比沿开关杆的纵轴线在其他区域中更大的直径。

断路器单元可以是在真空管中的真空断路器单元，所述真空断路器单元尤其具有至少一个标称电流触并且具有至少一个电弧触点，该标称电流触点分别具有两个标称电流接触件；所述电弧触点分别具有两个电弧接触件。备选地也可以仅使用标称电流接触件。

与回转接头不同的是，开关杆的基础面位于高压功率开关的气体腔之外。因此例如在真空断路器单元的情况下，仅有由真空断路器单元和大气压力之间的例如在1bar的范围内的压差产生的压力发挥作用，而不是由真空断路器单元和气体腔或压力腔之间的例如在3至6bar的范围内的压差确定的压力发挥作用。因此，例如为关断过程所需的驱动能量显著降低。可以使用具有更小尺寸的和更低成本的驱动器。

开关杆的直线式导引可以布置在高压功率开关的支座中和/或开关杆底脚的区域中。由于所述结构而需要较小的安装空间并且节省了成本和材料。密封功能可以集成在支座中，并且通过在支座中的直线式导引实现了更好的且长期稳定的密封，因为在支座中防止了密封的区域中的摆动。

在开关杆的直线式导引的区域中可以布置至少一个滑动支承件。滑动支承件减少了摩擦损失，并且与没有滑动支承件相比以更小的力实现开关杆的运动。

断路器单元的壳体的内部区域可以通过开关杆和布置在开关杆与壳体之间的密封元件相对于外部区域气密地密封，尤其以波纹管作为密封元件。波纹管在高压差的情况下为可移动的部件实现密封，并且在开关杆的无摆动的直线式导引的情况下是耐用的，并且成本低和易于构造。

密封元件、尤其波纹管可以布置在开关杆底脚的区域中，尤其通过同心布置的径向密封件与开关杆底脚气密地机械固定地连接和/或固定。这实现具有上述优点的紧凑结构。

开关杆的开关杆底脚可以在壳体的支座中和/或相对于滑动支承件同心地布置，尤其随仅可沿开关杆的纵轴线直线运动的开关杆一同布置。这尤其连同上述结构同样构成具有上述优点的紧凑的高压功率开关。

滑动套筒可以在空间上包围开关杆、尤其以局部在开关杆底脚的区域中与开关杆机械刚性地连接、尤其构造用于在高压功率开关的支座中的筒形的凹缺部中沿开关杆的纵轴线的方向的直线运动。滑动套筒减小了开关杆和支座之间的摩擦，并且因此减少了用于移动开关杆和切换高压功率开关的力耗费。驱动器因而可以将尺寸设计得更小并且更廉价地构造。

在开关杆底脚和高压功率开关的支座的筒形的凹缺部之间可以布置用于将断路器单元的壳体的内部区域相对于外部区域气密地密封的波纹管，波纹管尤其在朝向断路器单元的一侧上气密地固定在支座的筒形的凹缺部上和/或在相对置的一侧上、尤其在筒形物体的一侧上气密地固定在开关杆底脚上。颠倒的构造同样是可行的，即波纹管尤其在背离断路器单元的一侧上气密地固定在支座的筒形的凹缺部上和/或在朝向断路器单元的一侧上气密地固定在开关杆底脚上。与此同时，波纹管的侧面随着作用在波纹管上的气压发生变化，该气压相当于壳体的内部空间的和外部空间的气压。在第一种实施例中，在筒形波纹管的情况下，存在于波纹管的外侧处的气压与壳体的外部区域中的气压一致，并且存在于波纹管的内侧处的气压与壳体的内部区域中的气压一致。在后一种实施例中，在波纹管上在波纹管的内侧处的气压与壳体的外部区域中的气压一致，并且存在于波纹管的外侧处的气压与壳体的内部区域中的气压一致。两种实施例根据机械的和设计上的要求构成各自的优点。

在开关杆上可以配设耦连元件，所述耦连元件用于与高压功率开关的运动链和/或传动器和/或驱动器耦连，耦连元件尤其在开关杆底脚的区域中布置在开关杆的端部上。驱动器或者运动链另外的元件通过耦连元件在机械上简单地和低成本地机械地耦连到开关杆上，用于将运动传输到开关杆上。

根据本发明的用于驱动高压功率开关的至少一个可动电接触件的方法、尤其利用上述装置驱动高压功率开关的至少一个可动电接触件的方法包括：通过开关杆移动至少一个可动接触件，并且开关杆仅直线式沿开关杆的纵轴线被移动。

密封元件、尤其波纹管可以在开关杆和高压功率开关的壳体之间气密地密封壳体的抽真空的内部区域。

开关杆可以可移动地支承在壳体的外部区域和内部区域之间、尤其在支座的区域中，开关杆可以以开关杆的直线式导引、尤其通过在开关杆上筒形的物体在支座中的导引槽中导引，所述导引槽防止开关杆的扭转、尤其以围绕开关杆的纵轴线的转动形式的扭转。

根据本发明的按照权利要求13的用于驱动高压功率开关的至少一个可动电接触件的方法的优点类似于按照权利要求1的用于高压功率开关的装置的上述优点。反之亦然。

在下文中，在图1中示意性地示出了根据现有技术的具有回转接头的装置，并且在图2和图3中示意性地示出了本发明的不具有回转接头而具有直线式执行方式的实施例，并在下文中详细阐述。

附图中：

图1示出根据现有技术的用于高压功率开关的装置1的示意性剖视图，该装置具有穿过壳体3的回转接头，用于驱动开关杆2；和

图2示出根据本发明的用于高压功率开关的装置1的示意性剖视图，该装置具有开关杆2，开关杆2可移动地支承在壳体3的外部区域5和内部区域4之间，开关杆2具有仅直线式导引；和

图3示出从图2中所示的装置1的底侧观察的平面图的局部示意性图。

图1以剖视图示意性示出了根据现有技术的用于高压功率开关的装置1，该装置用于通过开关杆2驱动可动电接触件，该装置具有穿过高压功率开关的或者说断路器单元15的壳体3的回转接头。所述回转接头包括转轴7和转动支承件，转轴7用于将转动从外部区域5传输到高压功率开关的壳体3的内部区域4中，转动支承件具有用于将内部区域4相对于外部区域5气密地密封的密封件组8。

驱动器、例如弹簧蓄能驱动器或电动机为高压功率开关的开合提供动量。为简单起见，图中未示出驱动器。动量通过运动链传输到一个或多个可动接触件上，以断开或闭合断路器单元的一个或者多个触点。在此，高压功率开关被开合。为简单起见，图1中未示出具有接触件的一个或者多个触点。作为断路器单元例如可以包括一个具有一个可动接触件和一个固定接触件的标称电流触点，或者可以包括两个可动接触件作为高压功率开关的标称电流触点。备选地，断路器单元可以包括一个标称电流触点和一个电弧触点，而非仅一个标称电流触点。每个触点例如可以分别包括可移动的和固定的接触件，或者分别包括两个可移动的接触件。

一个或者多个可动接触件在机械上直接地、尤其为了直线式的力作用与开关杆2相连，或者间接地、例如通过耦连传动器、尤其为了助力转向与开关杆2相连。开关杆2和断路器单元15的触点的接触件布置在壳体3中。壳体在内部区域4中在尤其高于外部区域5中的压力下被填充灭弧气体、例如SF6。当使用在真空管中的真空断路器单元时，真空断路器单元的区域被抽真空。

开关杆2作为运动链的一部分与可移动的内杆9机械地连接，内杆9通过转轴7与可移动的外杆6机械地连接。外杆6例如通过杆件和/或传动器与驱动器相连。所述杆件和传动器与驱动器一样为了简单起见未在图中示出。开合时的动量从驱动器通过运动链、尤其通过外杆6、转轴7、内杆9和开关杆2传输到一个或者多个可动接触件上。在接通时，将运动通过开关杆沿方向10传输，在断开时将运动沿相反的方向传输。因此，在接通时，触点的接触件彼此相向运动并且电触点闭合。在关断时，触点的接触件彼此相离运动并且电触点断开。

由转轴7经由内杆9传输到开关杆2上的运动将转动转换成纵向运动，造成开关杆2的摆动11，摆动11具有在开关杆2的纵轴线的垂直方向上的分量。开关杆2相对于内杆9的长度越长，摆动11的相对于沿方向10平行于断路器单元15的或者壳体3的中轴线的开关运动的分量就越小。

壳体3包括支座12，壳体3通过支座12例如固定在用于设置高压功率开关的框架上。断路器单元的多个壳体3以及运动链的驱动器和/或元件可以固定在该框架上。断路器单元15例如布置在基本上筒形的绝缘器壳体中，绝缘器壳体在下部区域中固定在支座12上或者由支座12固持。例如由铸铁材料制成的壳体下部13在下部区域中气密地封闭壳体3。具有转轴7和带有密封件组8的转动支承件的回转接头布置在壳体下部13中并且通过内杆9与开关杆2在开关杆底脚的区域中或者说在开关杆2的下端部上相连。

因此，具有一个或者多个触点的开关杆2完全布置在气密的壳体3的内部区域4中，并且开关杆2的摆动11不影响断路器单元的或者断路器单元的壳体3的气密性。密封作用由转动支承件8的密封件组确定。用于内部区域4相对于外部区域5的高压差的构造会是昂贵且耗费的，或者从一定的压力差起就不再可行。回转接头造成在运动链中需要大量的部件或元件，例如杆6、9和具有转动支承件8和密封件组的转轴7。这使得结构复杂、昂贵且费材料且重。开关杆必须具有较长的长度，以便使摆动11对切换和接触件的影响最小化。在频繁开合的情况下，摆动11可能导致接触件的损坏，并且仅可以使用具有特殊设计的接触件、其尤其具有相对于接触件长度较小的接触面，或使用倒圆的接触件。

为了避免根据现有技术、尤其根据图1的装置的上述缺点，根据本发明的装置仅仅包括开关杆的直线式导引或者说防止了开关杆2的摆动。在图2中，示意性地以剖面图示出根据本发明的装置1，装置1具有开关杆2，开关杆2可移动地支承在壳体3的外部区域5和内部区域4之间，开关杆2仅被直线式地导引或者说仅执行无摆动的直线运动。

包括两个接触件的断路器单元15、尤其真空断路器单元布置在壳体3中。在图2所示的实施例中一个接触件固定地布置，一个接触件14可移动地布置，备选地两个接触件都可以可移动地布置。除了所示的标称电流接触件之外，还可以包括标称接触件和电弧接触件，为简单起见在图中未示出。

可动接触件14固定在开关杆2上、尤其在开关杆2的在壳体3中的端部上。在接通运动时，开关杆2沿单纯地平行于开关杆2的纵轴线的方向10运动。在断开运动时，可动接触件14随开关杆2沿与方向10相反的方向运动。

耦连元件25布置在开关杆2的相反的侧上，与具有可动接触件14的侧对置，在开关杆2的在壳体3外部的端部上。开关杆2通过耦连元件25与运动链的其他的元件和驱动器相连，为简单起见，图中未示出。通过耦连元件25，由驱动器提供的运动沿方向10或沿相反方向传输到开关杆2上。

除了电绝缘器、尤其例如在外侧上具有肋件的基本上管状的绝缘器之外，壳体3还包括支座12，支座12布置在绝缘器的下端部上并且例如管状的绝缘器通过支座12垂直设置。绝缘器例如由陶瓷、硅树脂材料或复合材料制成。支座12例如由金属、尤其铸铁或钢制成。绝缘器例如气密地粘合或铸造到支座12中。在支座12中构成、尤其围绕支座12的中轴线26中心对称地构成空心管形或套筒形的连续的凹缺部24。开关杆2被从外部区域5向壳体3的内部区域4中导引穿过凹缺部24。开关杆2被滑动套筒22包围并被气密地封闭。滑动套筒22设计成使得在开关杆2运动的情况下，滑动套筒22在支座12的凹缺部24中沿开关杆2的纵轴线26或者说支座12的重合的中轴线26移动。

密封元件、尤其波纹管20布置或者说安装在开关杆2或滑动套筒22与支座12中的凹缺部24之间。波纹管22连同开关杆2气密地密封支座12的凹缺部并且因此相对于外部区域5界定壳体3的内部区域4。内部区域4可以填充灭弧气体，例如SF6，或例如可以处于真空水平中、也即被抽真空。配件也是可行的，在所述配件中，壳体2被绝缘气体填充和/或在壳体2中布置具有断路器单元15的接触件的抽真空的真空管。如图2所示，波纹管20可以在开关杆2的开关杆底脚18上、即开关杆2的下端部上尤其通过密封凸缘23与开关杆2气密地固定地连接。在基本上筒形的波纹管20的相对置的一侧上，波纹管20可以与支座12的凹缺部气密地固定连接，尤其连接在凹缺部的朝向接触件的端部处。

在开关杆底脚18的区域中，开关杆2可以类似于活塞地设计并且可以在支座12的尤其基本上筒形的凹缺部中移动，通过径向密封件21在凹缺部24和开关杆底脚18之间密封地运动。开关杆底脚18中可以布置物体17，物体17例如形式是螺旋体并且在开关杆底脚18的圆周线上对置的侧上旋拧到开关杆底脚18中，其中，螺旋体头部从开关杆径向地突出。该物体17随开关杆2运动并且能在尤其笔直的槽16或者说在支座12的凹缺部24中的凹部或者说在支座12中类似于有轨电车滚轮在有轨电车轨道中一样运动。由此得到开关杆2的防扭转装置，即开关杆不会由于导引而围绕其轴线26旋转。

通过筒形的滑动套筒22，和/或筒形的开关杆2，开关杆2可在支座12中的筒形的凹缺部中移动、尤其在朝向接触件的一侧上支承，和/或包括直线式槽16中的物体17的直线式导引、尤其布置在远离接触件的一侧上，构成了开关杆2的的直线式导引。开关杆2的运动仅沿方向10或沿相反方向沿开关杆2的纵轴线26进行，而不进行摆动。防扭转装置阻止了开关杆2在运动时的扭转。以此使得形式为波纹管20的密封装置仅沿波纹管20的纵向承受载荷，这保证了内部区域4相对于壳体3的外部区域的好的、长期稳定的气密的密封。

在图3中示意性地示出了图2中所示的装置1的底侧的平面图的局部。在开关杆2的下端部处的、用于耦合运动链的元件直至驱动器的耦连元件25布置在筒形的开关杆2的或筒形的开关杆底脚18的底面上。基本上筒形的开关杆底脚18类似于内燃机中的活塞地设计，开关杆底脚18机械配合地布置在支座12的筒形的凹缺部中，防扭转装置包括可移动地布置在槽16中的物体17，防扭转装置防止开关杆2绕其纵轴线26的旋转运动。在开合高压功率开关时，开关杆2仅执行垂直于图3中的图平面的直线运动，在接通时向图平面内运动，在断开时向图平面外运动。通过开关杆2在支座12的凹缺部24中的直线式导引或者说支承，抑制或者无法实现开关杆2的具有沿平行于图平面的方向的运动分量的摆动。

上述实施例可以彼此组合和/或可以与现有技术组合。

附图标记列表

1用于高压功率开关的装置

2开关杆

3壳体

4内部区域

5外部区域

6外杆

7转轴

8带有密封组的转动支承件

9内杆

10沿开关杆纵向的运动方向

11开关杆的摆动

12支座

13带有用于运动链的元件的穿导部分的壳体下部，

14可动接触件

15断路器单元

16槽

17物体

18开关杆底脚

19滑动支承件

20波纹管

21径向密封件

22滑动套筒

23波纹管的密封凸缘

24筒形的凹缺部

25耦连元件

26开关杆的纵轴线