Derartige Antriebe können hydraulisch das bewegliche Kontaktstück betätigen. Zu die- sem Zweck ist ein Energiespeicher vorgesehen, der nach einer Ausschaltsequenz, bei der er wenigstens zum größten Teil entladen wird, wieder gespannt wird. Der Energie- speicher kann als Gasfeder-Energiespeicher ausgebildet sein, der durch eine beweg- bare Zwischenwand unterteilt ist, wobei auf der einen Seite der Zwischenwand kom- primierbares Gas und auf der anderen Seite der Zwischenwand Hydraulikfluid vorhan- den ist. Zur Aufladung des Energiespeichers wird mittels nachgepumpten Hydraulik- fluids das Gas komprimiert ; bei einer Ausschaltsequenz entspannt sich das Gas und treibt das Hydraulikfluid in eine entsprechende Kolben-Zylinderanordnung, mit der das bewegliche Kontaktstück betätigt wird.

Anstatt eines Gasspeichers kann auch ein Federspeicher verwendet werden, dessen Federanordnung in gleicher Weise wie das Gas gespannt, d. h. zusammengedrückt wird ; bei einer Ausschalthandlung wird die Federenergie auf das Hydraulikfluid über- tragen, wodurch wieder die Kolben-Zylinderanordnung betätigt wird.

Insbesondere bei Mittelspannungsschaltanlagen, das sind Schaltanlagen zwischen 12 kV bis 36 kV, werden auch reine Federspeicher vorgesehen, deren Federenergie direkt oder über ein Getriebe auf das bewegliche Kontaktstück nach Lösen einer Verklin- kungsanordnung zum Ausschalten übertragen wird.

Diejenigen Antriebe, die mit einer Hydraulikanordnung betätigt werden, sind zuverläs- sig ; da bei längerer Benutzung eines solchen Antriebes im Hydrauliksystem jedoch Leckagen auftreten können, sind besondere Maßnahmen zur Überwachung der Dich- tigkeit der Hydraulikanordnung notwendig. Bei sog. Gasfederspeichern ist darüber hin- aus auch die Dichtigkeit der Gasfeder zu überprüfen, was meist beim Aufladen der Gasspeicherfeder automatisch vorgenommen wird. Bei Federspeichern ist der Antrieb mechanisch komplex ; der Wartung ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen und bei Federspeichern, darüber hinaus auch bei Antrieben, bei denen eine Federanordnung ohne Zwischenschaltung von Hydraulikfluid auf das bewegliche Kontaktstück einwirkt, ist der Verschleiß relativ hoch.

In neuerer Zeit ist ein Magnetantrieb entwickelt worden, bei dem ein geschlossenes Joch vorgesehen ist, in dem sich ein Anker bewegen kann ; dieser Magnetantrieb al- lerdings ist wegen des geringen Ankerhubes im wesentlichen für Vakuumschaltkam- mern vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei optimaler Ansteuerung der Aufbau einfach, der Verschleiß und die War- tung gering sind und bei denen besondere Überwachungseinrichtungen, wie sie bei hydraulischen Antrieben erforderlich sind, vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bewegliche Kontakt- stück mit dem beweglichen Teil eines entsprechend dem Kraftbedarf und/oder der Sollausschaltgeschwindigkeit angesteuerten, elektrischen Linearmotors verbunden ist.

Erfindungsgemäß a ! so wird ein Linearmotor zum Antrieb einer Hochspannungslei- stungsschalters verwendet, was den Vorteil eines einfachen Aufbaues und einer opti- malen Ansteuerbarkeit des beweglichen Kontaktstückes entsprechend den Forderun- gen erfüllt. Darüber hinaus sind auch Reibungsverluste im Antrieb selbst nicht vorhan- den, so daß die Wartung eines derartigen Antriebes einen geringen Aufwand erfordert.

Weiterhin ist ein derartiger Linearmotor zuverlässiger als die anderen Antriebskon- struktionen und er erfordert geringere Herstellungskosten im Vergleich mit den bishe- rigen Antriebsprinzipien.

Linearmotoren an sich sind bekannt, siehe DE-Z Hans-Joachim Gutt, Anwendungsge- biete für Wanderfeldmotoren in Sektor-und in Linearbauweise, Siemens-Zeitschrift 45 (1971) Heft 7, Seiten 487 bis 492 oder Aufsatz Eastham"Novel synchronus machines : linear and disc"aus IEE Proceedings, Vol. 137, Pt. B, No. 1, Januar 1990, Seiten 49 bis 58, sowie Dissertation Christian Reuber"Berührungsloses Transportsystem mit Synchron-Linearantrieb, Shaker Verlag, Aachen 1996, Seiten 4 bis 16.

In diesen Literaturstellen ist über die Anwendungsgebiete eines Linearmotors diskutiert worden ; man verwendet solche Antriebe als Direktantriebe für innerbetriebliche Trans- portsysteme, als Werkzeugmaschinenantriebe, Prüfstreckenantriebe oder als Direktan- triebe für Verkehrsmittel. Hinweise darauf, daß ein derartiger Linearantrieb bei einem Hochspannungsleistungsschalter verwendet werden könnte, sind diesen Literaturstel- len nicht zu entnehmen.

Der Vorteil eines Linearmotores für den Antrieb eines SF6-Hochspannungsleistungs- schalter besteht darin, daß insbesondere bei der Ausschaltung sehr schnell eine hohe Beschleunigung der zu bewegenden Massen der SF6-Löschkammer erzeugt wird. Auf- grund der optimalen Ansteuerbarkeit des Linearantriebes können auch harte Schläge vermieden werden, wie sie bei einem mechanischen Endanschlag für das bewegliche Kontaktstück oder für den dazugehörigen beweglichen Kolben innerhalb einer Hydrau- likanordnung auftreten können.

Bei der Ausgestaltung eines Linearmotores können einige Prinzipien angewendet wer- den, die bei der Entwicklung von Elektromotoren bekannt sind, weil ja ein Linearmotor quasi ein abgewickelter zylindrischer Motor ist.

Daher kann das Prinzip einer Transversalflußmaschine, eines Reluktanzmotors mit oder ohne Einsatz von Permanentmagneten oder eines Homopolar-oder Heteropolar- motores angewendet werden.

Der feststehende Teil des Linearmotors kann dabei in Richtung der Bewegung des be- weglichen Teiles nebeneinander angeordnete Permanentmagnete umfassen, die auf einem weichmagnetischen Joch befestigt sind und wechselweise mit dem Nord-bzw.

Südpol gegen das Joch anliegen. Der bewegliche Teil kann eine wenigstens einpha- sige Spulenanordnung aufweisen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Abstand der Permanentmagnete voneinander in Richtung der Bewegung des beweglichen Tei- les gesehen so gewähit sein, daß die magnetische Induktion senkrecht zur Luftspalt- ebene zwischen dem beweglichen und dem feststehenden Teil annähernd eine Sinus- funktion ist.

Das Joch kann aus massivem oder lamelliertem weichmagnetischem Material beste- hen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der bewegliche Teil aus einer wenigstens einphasigen Spulenanordnung, vorzugsweise aus einer dreiphasigen Spulenanordnung, bestehen, wobei die dreiphasige Spulenanordnung deshalb bevor- zugt werden kann, weil dreiphasig ausgelegte Ansteuerungseinrichtungen für Elektro- motoren schon vorhanden sind. Dabei kann die Spule insbesondere eisenlos ausge- führt sein, wodurch die zu beschleunigende Eigenmasse des Antriebes sehr klein ge- halten werden kann.

Anstatt den feststehenden Teil mit den Permanentmagneten zu versehen, kann der feststehende Teil auch aus einer Anordnung aus Spulen und weichmagnetischem Ma- terial aufgebaut sein ; diesem zugeordnet ist der bewegliche Teil aus einem elektrisch leitfähigem Material hergestellt, in das zur Krafterzeugung über den feststehenden Teil Ströme induzierbar sind.

Die Erzielung einer magnetischen Induktion kann einerseits mit Permanentmagneten erfolgen, andererseits können auch andere Konstruktionsprinzipien Anwendung finden, z. B. ähnlich dem Prinzip einer Asynchronmaschine die Permanentanordnung für den beweglichen Teil durch eine Spulenanordnung aus Kupfermaterial ersetzt werden ; das durch die Spulen im feststehenden Teil entstehende Feld erzeugt innerhalb der Spule bzw. den Spulen Wirbelströme, wodurch eine magnetische Induktion senkrecht zur Luftspaltebene erzeugt werden kann.

Wenn beispielsweise magnetische Asymmetrien erzeugt werden, z. B. durch Einsetzen eines Eisenteils zwischen die Permanentmagnete, dann kann diese Asymmetrie, die eine etwa punktförmige Asymmetrie ist, auch zur Definition der Stellung und der Ge- schwindigkeit verwendet werden, weil aufgrund dieser magnetischen Asymmetrien an den Anschlußklemmen des Motors Signale von Strom und Spannung detektiert werden können, aus denen die Position und/oder die Geschwindigkeit des beweglichen Teiles abgeleitet werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die vorgeschlagene Anordnung von Eisenjochen, Permanentmagneten und Spulen kann eine kleine Induktivität der Spulen erzielt werden, wodurch die gewünsch- ten Kräfte schnell eingestellt werden ; darüber hinaus kann die Endlage auch durch rechtzeitige Kraftumkehr sanft und ohne harten Anschlag erreicht werden.

Eine evtl. erforderliche Verriegelung einer oder beiden Endlagen kann in einfacher Weise durch Haftmagnete erreicht werden, die zur Entriegelung dieser Positionen von der Kraft des als Linearmotors ausgebildeten Antriebes geöffnet werden.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse- rungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen : Fig. 1 die Ansicht einer Halte des ruhenden Teiles eines Linearmotors, Fig. 2 die Ansicht einer dreiphasigen Spulenanordnung für den bewegten Teil, Fig. 3 eine Halte des ruhenden Teiles mit dreiphasiger Spulenanordnung in einem Halterahmen, Fig. 4 Schnitt durch beide Hälften des ruhenden Teiles und durch die dreiphasige Spulenanordnung, ohne Stromdurchfluß, mit magnetischen Feldlinien, Fig. 5 einen Schnitt durch beide Hä ! ften des runden Teiles und durch die dreipha- sige Spulenanordnung bei Stromdurchfluß mit magnetischen Feldlinien, Fig. 6 eine graphische Darstellung der sinusförmigen positionsabhängigen Ströme der einzelnen Spulen für eine konstante Kraft über der Stellung des beweg- lichen Teiles, und Fig. 7 ein Blockschaltbild des Prinzipes der elektrischen Steuerung und Regelung.

Auf einem Träger 10, der als Platte ausgebildet ist und aus weichmagnetischem Mate- rial bestehen kann, ist ein Joch 11 aufgesetzt, welches aus weichmagnetischem Mate- rial besteht. Wenn der Träger weichmagnetisch ausgeführt wird, wird das Joch 11 ma- gnetisch entlastet.

Auf dem Joch 11 sind Permanentmagnete 12 bis 15 aufgebracht, bei denen mit einer strichlierten Linie 16a (siehe Permanentmagnet 12) eine Ebene angedeutet ist, auf der einen Seite der strichlierten Linie 16 sich der Nordpol und auf der anderen Seite der Südpol des Permanentmagneten befinden.

Bei dem ganz rechts in der Zeichnung gezeigten Permanentmagneten sowie dem Per- manentmagneten 14 (zweiter von links) weist der Nordpol N zum Joch 11 hin, wogegen bei dem zwischen dem Permanentmagneten 12 und 14 liegenden Permanentmagneten 13 und dem links liegenden Permanentmagneten 15 der Südpol S zum Joch hingerich- tet ist. Dadurch wechseln sich Nord-und Südpole der einzelnen Permanentmagnete 12,13,14 und 15 in ihrer Lage ab.

Die Abmessungen der Permanentmagnete 12,13,14 und 15 und ihre Anordnung auf dem Joch 11 mit ihren Abständen 16,17 und 18 erzeugen eine annähernd sinusför- mige magnetische Induktion senkrecht zur Luftspaltebene zwischen den Permanent- magneten 12 bis 15 und dem beweglichen Teil (Fig. 2) des Linearmotors. Dabei sind die Abstände 16,17 und 18 zu optimieren : wenn die Abstände 16,17,18 klein sind, sich die Magnetbelegung 100 % annähert, ergibt sich näherungsweise eine Rechteck- verteilung der magnetischen Induktion senkrecht zur Luftspaltebene zwischen den Permanentmagneten 12 bis 15 und dem beweglichen Teil (Fig. 2) des Linearmotors.

Durch Vergrößerung der Abstände 16,17 und 18 nähert man sich der Sinusform der magnetischen Induktion an.

Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des beweglichen Teiles des Linear- motors. Er besteht im wesentlichen aus einem Anker 20 aus mehreren Spulen ; hier sind für ein dreiphasiges Wicklungssystem drei Spulen 21,22 und 23 vorgesehen. Die Spule 21 ist langgestreckt rechteckig, wobei die Schmalseiten 24 und 25 der Spute 21 in eine Richtung unter einem Winkel von < 90° aus der Ebene der Spule 21 heraus abgekröpft bzw. ausgebogen sind ; die Schmalseiten 26,27 der Spule 23 sind in ent- sprechencler Weise in entgegengesetzte Richtung ausgebogen bzw. abgekröpft, und die mittlere Spule 22 ist so ausgebildet, daß sie eine Ebene aufspannt.

Alle drei Spulen bilden ein dreiphasiges Wickelsystem. Werden diesen Spulen sinus- förmige Ströme positionsabhängig eingeprägt, siehe Fig. 6, dann ergibt sich unter der Voraussetzung einer sinusförmigen Induktion senkrecht zur Luftspaltebene eine prak- tisch positionsunabhängige Kraft. Der Zusammenhang zwischen der absoluten Höhe der Ströme und der erzeugten Kraft ist im gesamten sinnvollen Betriebsbereich des Motors, also in dem Bereich, der zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes aus- genutzt wird, konstant, da sich die Kraft in diesem"sinnvollen"Bereich linear mit dem Strom ändert, weil einerseits aufgrund des großen, für die Ankerwicklung wirksamen Luftspaltes keine Sättigung des weichmagnetischen Joches, ggf. seines weichmagneti- schen Trägers auftritt. Andererseits wird aufgrund der Ausführung mit großen effektiven Luftspalten das Erregerfeld durch die Spulenströme nur gering beeinflußt.

In der Fig. 2 ist der Anker für das bewegliche Teil für eine dreiphasige Wicklung ge- zeigt. Das Prinzip läßt sich selbstverständlich auch mit weniger oder mehr Phasen der Wicklung erzielen. Die Vorteile der dreiphasigen Wicklung liegen in der großen Ver- breitung des Konzeptes bei rotierenden Maschinen und daraus resultierenden großen Auswahl an Komponenten für Stromrichter, Stromsteller und Regelung. Im Vergleich zu einer zweiphasigen Wicklung kommt die dreiphasige Wicklung gemäß Fig. 2 darüber hinaus mit der geringeren Anzahl von Halbleiterventilen für die Ansteuerung aus, da die Summe der Ströme im dreiphasigen System ohne Rückleiter Null ist und somit die Strompfade der Rückleiter entfallen können.

Die elektrische Verbindung des bewegten Teiles zum feststehenden Teil kann durch Schleifkontakte oder durch biegsame Leiter realisiert werden ; da biegsame Leiter ins- besondere bei Schaltgeräten im Mittelspannungsbereich eine hohe Zuverlässigkeit nachgewiesen haben, mögen biegsame Leiter bevorzugt werden.

Die Fig. 3 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel eines solchen Antriebes auf sche- matische Weise. An dem feststehenden Joch 10 ist an dessen unterer Seite ein lang- gestreckter Gleitbock 30 angebracht, der mittig eine rechteckige Rille 31 trägt. Der An- ker mit den Spulen 21,22 und 23 ist in einen rechteckigen Rahmen 32 eingesetzt, wo- bei die mittlere Spule 22 sich in der Ebene befindet, die durch den Rahmen 32 aufge- spannt ist. Der Anker mit den Spulen 21,22,23 befindet sich innerhalb des Rahmens 32 ; der untere Quersteg 33 des Rahmens ist so ausgebildet, daß er innerhalb der Längsrille 31 gleiten kann. Senkrecht zu dem unteren Quersteg 33, ebenso zum oberen Quersteg 34 und parallel zu den senkrecht dazu verlaufenden Längsstegen 35 und 36 sind Verstrebungen 37,38,39 und 40 vorgesehen. Die Verstrebungen 37 und 40 liegen an den senkrecht verlaufenden Längsstegen 35 und 36 an.

An der Außenseite der Längsstrebe 36 ist ein dreieckförmiger Anschluß 45 vorgese- hen, an dessen Spitze ein Anschlußauge 46 mit einer Gelenkbohrung 47 angeordnet ist und die von dem Rahmen 32 weg weist, an der das bewegliche Kontaktstück oder ein entsprechendes Zwischenglied (nicht gezeigt) angelenkt ist.

Man erkennt in der Fig. 3 auch den Träger 10, das Joch 11 sowie die Permanentma- gnete 15 und 14.

Man erkennt aus der Fig. 3, daß die Abkröpfungen 24 und 25 außerhalb der parallel zu dem Querbock oder Träger 30 verlaufenden oberen und unteren Kanten der Perma- nentmagnete 12 bis 15 bzw. des Joches 11 liegen, so daß der Luftspalt zwischen den Permanentmagneten und den Spulenstegen eingestellt werden kann.

Anstatt eines Gleitbocks können auch Führungsrohre oder-stangen oder dgl. verwen- det werden, die zur linearen Führung dienen.

Oben ist gesagt worden, daß die Spulen 21 bis 23 im wesentlichen eine rechteckige Form aufweisen ; die längs verlaufenden Spulenabschnitte der einzelnen Spulen besit- zen folgende Bezugsziffern : die Längsschenkel der Spule 21 tragen die Bezugsziffern 21 a, 21 b ; diejenigen der Spule 22 die Bezugsziffern 22a und 22a, und die Längsschen- kel der Spule 23 die Bezugsziffern 23a und 23b.

Die Fig. 4 zeigt zwei sich gegenüberliegende Joche 11,11 a, auf denen Permanent- magnete 12,13,14 und 15 bzw. 12a, 13a, 14a und 15a angebracht sind. Im Zwischen- raum zwischen den Permanentmagneten 12,12a und 13 13a befindet sich die An- keranordnung mit den Längsschenkeln 21 a, 22a, 23a ; 21 b, 22b, 23b. Bei dieser An- ordnung werden durch die Permanentmagnete Feldlinien 55 erzeugt, die Polteilung ist mit bezeichnet. Der Verlauf der Induktion senkrecht zum Luftspalt 51 ist hier etwa si- nusförmig.

Wenn nun durch die Spulen 21,22 und 23 mit den Längsschenkeln 21 a, 22a, 23a so- wie 21 b, 22b, 23b Ströme fließen, der bei der Darstellung gemäß Fig. 5 in den Längs- stegen 21 a, 22a, 23a zum Betrachter hin fließt, und in den Längsstegen 21 b, 22b, 23b vom Betrachter weg, dann erhä ! t man im Bereich der Permanentmagnete 12,12a ; 13, 13a eine Bewegung des Ankers nach links. Dadurch ergeben sich bei der Position 0 Ströme unterschiedlicher Höhe, die durch unterschiedliche Größe der Strompfeile ge- kennzeichnet sind. Die Stromhöhen selbst ergeben sich für jede Stellung des bewegli- chen Teiles entsprechend der Kurven der Fig. 6.

Die Fig. 6 zeigt die eingeprägten Ströme, wobei auf der Abszisse die Position in Poltei- lungen und auf der Ordinate die relative Stromhöhe aufgetragen ist.

Die Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung im Blockschaltbild zur Ansteuerung der Spulen 21,22 und 23. Von einer Hilfsspannungsversorgung wird Energie über Leitun- gen 60,61 einem Netzteil 62 zugeführt, wodurch ein Kondensator 63 aufgeladen wird, der die Energie speichert, die für eine Ausschaltung, eine Einschaltung sowie eine wei- tere Ausschaltung erforderlich ist (O-C-O-Zyklus). Der Kondensator 63 entlädt seine Energie über einen Stromrichter 64, der mit den Spulen 21,22 und 23 verbunden ist.

Der Stromrichter 64 schaltet die Spulen 21,22 und 23 an den Kondensator 63.

Über Sensoren 65 und 66 wird der Iststrom in den Zuleitungen zu den beiden Spulen 21 und 22 gemessen und einem Stromregler 66 zugeführt, der selbst wiederum die einzelnen Schalter U, V, W, X, Y, Z des Stromrichters 64 steuert, was durch die Buch- staben Stromregler 66 angedeutet ist.

Über eine Leitung 67 wird die Schaltstellung des Ankers bzw. des beweglichen Kon- taktstückes einer Einrichtung 69 zugeführt, in der Strom-Soll-Werte ermittelt werden, die über Leitungen 70,71 dem Stromregler 66 zugeführt werden, so daß der Stromreg- ler 66 den Stromrichter 64 ansteuern kann.

Es besteht auch die Möglichkeit, die erforderliche Kraft aus der Position des Kontakt- stückes zu definieren ; dadurch kann eine Einrichtung zur Erzeugung eines Kraft-Soll- Wertes 71 das dem der Stellung des Kontaktstückes zugehörigen Positionssignals ent- spricht, vorgesehen sein ; die Einrichtung 71 gibt ein Signal über eine Leitung 72 für die Kraft F-Soll an die Einrichtung 69 ab, wodurch der Stromregler 66 angesteuert wird.

Wenn ein bestimmter Geschwindigkeitsverlauf eingehalten werden soll, dann wird von einer Einrichtung 73 zur Erzeugung eines Geschwindigkeits-Soll-Wertes v-Soll über eine Leitung 74 die Einrichtung 71 sowie von der Einrichtung 71 die Einrichtung 69 an- gesteuert, die selbst wiederum die Strom-Soll-Werte dem Stromregler 66 zuführt. Da- bei wird aus der Position des beweglichen Kontaktstückes die Einrichtung 73 gesteu- ert.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des beweglichen Kontaktstückes direkt zu messen ; dann würde die Signalleitung für die Geschwindigkeitssignale direkt der Einrichtung 71 zur Erzeugung des Kraft-Soll-Wertes zugeführt.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen ; insbe- sondere ist es ohne weiteres möglich, durch geeignete Ansteuerung den Geschwindig- keitsverlauf des Kontaktstückes sowie den Kraftbedarf korrekt einzuhalten.