Schnell schließendes Schaltelement Die Erfindung betrifft ein schnell schließendes Schaltele ^¬ ment, insbesondere einen schnell schließenden Erdungsschal ^¬ ter, insbesondere zur Verwendung in Niederspannungsanlagen, Mittelspannungsanlagen oder Hochspannungsanlagen. Aus der US 2010219162 AI ist ein Schalter bekannt, der einen chemischen Gasgenerator einsetzt, um den beweglichen Kontakt des Schalters zu bewegen.

Ein Nachteil beim Einsatz chemischer Gasreaktoren besteht in der Verwendung von reaktiven Treibsätzen, die einer Alterung unterliegen und somit eine entsprechende regelmäßige Wartung erfordern .

Ein weiterer Nachteil der chemischen Gasreaktoren besteht da- rin, dass die Antriebskraft erst durch die Reaktion der che ^¬ mischen Stoffe, also der reaktiven Treibsätze, aufgebaut wer ^¬ den muss bevor der bewegliche Kontakt beschleunigt werden kann . Um eine statistische ungewollte Durchschlagsentladung und so einen ungewollten Kurzschluss zu vermeiden, offenbaren die US 2010219162 AI und die WO 10022938 AI die Verwendung von zwei getrennten Vakua, die im Schaltfall beide durch den bewegli ^¬ chen Kontakt zu überbrücken sind.

Nachteilig ist dabei insbesondere die kostenaufwendige dop ^¬ pelte Ausführung der Vakuumkammer und die damit verbundenen langen Schaltwege, die das bewegliche Schaltstück zurücklegen muss, und damit auch längere Schaltzeiten .

Außerdem nachteilig ist, dass die im Schaltfall verbundenen Vakua nicht einfach wieder getrennt und der Schalter erneut genutzt werden kann, selbst wenn der chemische Gasgenerator erneuert worden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen verbesserten schnell schaltenden Schalter bereitzustellen, der sowohl schneller schaltet oder zumindest schnell schaltet, als auch im Ver ^¬ gleich zum Stand der Technik kostengünstig produziert werden kann, als auch wartungsärmer ist als Schalter aus dem Stand der Technik, als auch nach einem Schaltfall wiederverwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des un ^¬ abhängigen Patentanpruchs 1 und die von diesen abhängigen Ansprüche gelöst.

Ein erfindungsgemäßer Schalter, insbesondere ein Erdungsschalter, zum schnellen Herstellen einer Erdverbindung und damit insbesondere zum Löschen eines Störlichtbogens beitra ^¬ gender Erdungsschalter für eine Schaltanlage, insbesondere eine Niederspannungsanlage oder eine Mittelspannungsanlage oder eine Hochspannungsanlage, weist dabei die folgenden Merkmale auf:

- einen Festkontakt mit einer ersten Leitungszuführung,

- einen Bewegkontakt,

- eine Kontaktführung mit einer zweiten Leitungszuführung,

- einen mechanischen Energiespeicher,

- im geöffneten Zustand eine Isolierstrecke zwischen dem Festkontakt und dem Bewegkontakt, wobei die Isolierstre ^¬ cke zumindest teilweise mit Isolieflüssigkeit , wie ins- besondere Isolieröl oder Isolierester, gefüllt ist,

- eine Auslösevorrichtung, und

- einen Sperrmechanismus.

In einer bevorzugten Ausführung weist der Sperrmechanismus mindestens auf:

o ein Stellelement, wie einen Sperrkäfig oder eine Halbwelle, o einer Sperrvorrichtung, wie eine Kugel oder Klinke, und

o einem Sperrvermittler oder Übertragungselement. Weiter wird bevorzugt, dass

- der Sperrvermittler mit dem Bewegkontakt verbindbar ist,

- der mechanische Energiespeicher mit dem Sperrvermittler verbindbar ist,

- der Sperrvermittler mittels einer Sperrvorrichtung mit dem Sperrkäfig haltbar ist,

- der Sperrvermittler von der Sperrvorrichtung aus dem

Sperrkäfig mittels einer Auslösevorrichtung entlassbar ist,

- der Bewegkontakt von dem mechanischen Energiespeicher mittels des Sperrvermittlers, oder über den Sperrver ^¬ mittler, derartig beschleunigbar ist, dass der Bewegkontakt mit dem Festkontakt kontaktierbar ist,

- die Kontaktführung sowohl der Führung der Bewegung des Bewegkontaktes dient als auch der Kontaktierung des Be- wegkontaktes dient, und

- die Isolierflüssigkeit beim Schließen des Erdungsschal ^¬ ters vom Bewegkontakt verdrängbar ist.

Insbesondere kann die Isolierstrecke vollständig mit Isolier- flüssigkeit 30 gefüllt sein, wobei die Isolierflüssigkeit 30 beim Schließen des Schalters, also im Schaltfall, in ein nicht gezeigtes Verdrängungsvolumen verdrängt wird, bevorzugt in ein hinter dem bewegten Bewegkontakt entstehendes Verdrängungsvolumen verdrängt wird. Bevorzugter Weise kann das Ver- drängungsvolumen im offenen Schalterzustand durch eine Trennungseinrichtung verschlossen sein, insbesondere mit einer Klappe oder einem Ventil oder einem bidirektionalen Ventil als Trennungseinrichtung. Erst mit Schalterauslösung, also Auslösung der Auslösevorrichtung wird dann die Trennungsein- richtung geöffnet und/oder entriegelt.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die Antriebskraft vom Moment der Auslösung bereit steht und da- durch der Bewegkontakt 17 sofort mit maximaler Kraft be ^¬ schleunigt wird.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Lebensdauer eines mechani- sehen Energiespeichers, insbesondere eines Federpaketes, hö ^¬ her ist, als die eines Gasgenerators, insbesondere höher ist als die eines chemischen Gasgenerators.

Ein weiterer Vorteil ist, dass weder in der Fertigung noch im Einsatz spezielle Vorschriften bezüglich der Lagerung und der Handhabung von Explosivstoffen notwendig werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die gesamte Funktion des

Schalters überprüft werden kann, da ein Laden und Entladen des mechanischen Energiespeichers, insbesondere das Spannen und Entspannen des Federpaketes, möglich ist und durch Mes ^¬ sung zum Beispiel des Spannmomentes auch eine Funktion des Antriebes prinzipiell gegeben ist. Das ermöglicht eine einfa ^¬ che Qualitätskontrolle in der Fertigung und ggfs. auch in oder an der montierten Anlage.

Eine Prüfung des elektrischen Auslösekreises, insbesondere Magnetspule 19 oder Spannband 20 ist jederzeit gefahrlos möglich .

Weiter vorteilhaft ist, dass es in Isolierflüssigkeiten, insbesondere Isolierölen oder Isolierestern, im Gegensatz zum Vakuum, keine Restwahrscheinlichkeit von statistischen unge ^¬ wollten Durchschlagsentladungen gibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Isolierflüssigkeit nach einem Schaltfall und beim erneuten Öffnen des

Schalters und/oder Spannen des mechanischen Energiespeichers, also allgemeiner dem Einbringen von mechanischer Energie in den mechanischen Speicher, wieder aus dem Verdrängungsvolumen in die Isolierstrecke transportiert und gegebenenfalls die Isolierstrecke wieder vom Verdrängungsvolumen getrennt, zum Beispiel durch eine Klappe, und gegebenenfalls die Trennungs- einrichtung zwischen Isolierstrecke und Verdrängungsvolumen wieder verriegelt.

Bevorzugt wird, dass der Sperrvermittler 13, 16 aus einer Zugstange 16 und einer Spannmutter 13 besteht, die Sperrvor ^¬ richtung 14 von Sperrkugeln 14 gebildet wird, der mechanische Energiespeicher 4 durch ein Federpacket 4 realisiert wird, und die Auslösevorrichtung 19 durch einen Auslösemagneten gebildet wird.

Mittels der Spannmutter 13 kann dem mechanischen Energiespeicher 4 initial oder nach einem Schaltfall wieder Energie zu ^¬ geführt werden, insbesondere ein Federpaket 4 wieder gespannt werden. Dabei kann auch der Bewegkontakt 17 aus der geschlos- senen Schalterposition in die geöffnete Schalterposition bewegt werden.

Gegebenenfalls wird beim betätigen der Spannmutter 13 auch die Isolierflüssigkeit 30 von dem Verdrängungsvolumen in die Isolierstrecke transportiert.

Weiter wird bevorzugt, dass das Federpaket 4 im entspannten Zustand, mit Hilfe der Spannmutter 13 spannbar ist, und dass der Sperrkäfig 15 mit einer oder mehr Schrauben zur Zugstange 16 gegen Auslösung sicherbar ist.

Auch wird bevorzugt, dass der Sperrvermittler 27 von einem Steuerbolzen 27 gebildet wird, die Sperrvorrichtung 14, von einem Sperrkäfig 15 und von Sperrkugeln 14 gebildet wird, die Auslösevorrichtung 19a, 19b von Halteelektroden 19a, 19b und einem Spannband 20 gebildet wird, und der mechanische Ener ^¬ giespeicher 24 zum Auslösen durch eine Steuerfeder 24 realisiert wird.

Die Auslösung des Schalters erfolgt durch eine Zerstörung des Spannbandes 20, indem ein elektrischer Steuerimpuls das

Spannband 20 durchbrennt. Der elektrische Steuerimpuls wird dabei zwischen den Halte ^¬ elektroden 19a, 19b erzeugt.

In einer bevorzugten Ausführung wird das Spannband 20 aus Carbonfasern hergestellt, da diese eine hohe Zugspannung tra ^¬ gen und entsprechend dünn ausgelegt werden können. Zusätzlich hat die Carbonfaser einen vergleichsweise hohen spezifischen Widerstand und eine geringe Masse, so dass wenig Energie zum Durchbrennen erforderlich ist.

Auch wird bevorzugt, dass das Stellelement von einer Halbwel ^¬ le gebildet wird und die Sperrvorrichtung eine Klinke ist.

Ebenfalls bevorzugt wird, dass die Kontaktführung 5 derart gestaltet ist, dass der Bewegkontakt erst in einer Schluss ^¬ phase eines Schließvorganges des Erdungsschalters 1, also kurz bevor der Bewegkontakt 17 auf den Festkontakt 8 trifft, ein großflächiger mechanischer Kontakt zwischen Bewegkontakt 17 und Festkontakt 8 entsteht, der zu einer Abbremsung der Bewegung des Bewegkontaktes 17 führt und einen elektrischen Kontakt zwischen Kontaktführung 5 und Bewegkontakte 17 be ^¬ wirkt .

Bevorzugt wird auch, dass die Kontaktführung 5 und/oder der Bewegkontakt 17 und/oder der Festkontakt 8 eine Bremsschicht 9 in mindestens einem Bereich aufweist, in der der Bewegkontakt 17 mit der Kontaktführung 5 und/oder dem Festkontakt 8 in Kontakt bringbar ist, wobei die Bremsschicht 9 aus elekt ^¬ risch leitendem Material besteht und so ausgelegt ist, dass die Geschwindigkeit des Bewegkontaktes 17 durch das Auftref ^¬ fen auf die Bremsschicht 9 verringert wird.

Auch wird bevorzugt, dass der Festkontakt 8 im Kontaktbereich mit dem Bewegkontakt eine Bremsschicht 9 aufweist, so dass das mit hoher Geschwindigkeit auf den Festkontakt 8 aufschla ^¬ gende bewegliche Kontaktstück 17 durch Verformung der elektrisch leitenden Bremsschicht 9 zusätzlich abgebremst wird. Weiter bevorzugt wird, dass die Bremsschicht 9 durch aufge ^¬ schäumtes Metall oder eine geeignet strukturierte Oberfläche plastisch verformbar ist. Ebenfalls bevorzugt wird, dass durch das Auftreffen des Be ^¬ wegkontaktes 17 auf die Bremsschicht 9, und/oder durch das Auftreffen des Festkontaktes 8 auf die Bremsschicht, und/oder durch das Auftreffen der Kontaktführung 5 auf die Bremsschicht, die Bremsschicht 9 zumindest teilweise aufschmilzt und so den Festkontakt 8 und/oder den Bewegkontakt 17

und/oder die Kontaktführung 5 mit dem Festkontakt 8 und/oder dem Bewegkontakt 17 und/oder der Kontaktführung 5 verlötet oder verlötbar ist.

Bevorzugt wird auch, dass der Hauptstrom im geschlossenen Schaltzustand vom Festkontakt (8) über die Bremsschicht (9), den Bewegkontakt (17), die Kontaktführung (5), zu einer zweiten Leitungszuführung (22, 23), bestehend aus einer Strombrücken (23) und einem feststehenden Massekontakt (22), fließt.

Auch wird bevorzugt, dass Bohrungen oder Kanäle im Bewegkontakt und/oder Festkontakt vorhanden sind, die es erlauben, das Isolierflüssigkeit aus dem sich schließenden Zwischenraum zwischen Bewegkontakt und Festkontakt austreten kann, auch wenn sich die Ränder von Bewegkontakt und Festkontakt bereits berühren. Insbesondere wenn Bewegkontakt und Festkontakt als ineinandergreifende oder teilweise ineinandergreifende Kegel ^¬ flächen ausgebildet sind. Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Ausfüh ^¬ rungsbeispielen und Figuren erläutert

Figur 1 Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen Schalters, bzw. Erdungsschalter mit magnetischer Auslö- sung.

Figur 2 Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen Schalters, bzw. Erdungsschalter mit thermischer Auslö- sung, wobei nur der Auslösungsmechanismus gezeigt ist .

Figur 3 Alternativer Auslösungsmechanismus

In Figur 1 ist ein schneller Erdungsschalter 1 dargestellt, wobei der Auslösemechanismus eine magnetische Auslösung bein ^¬ haltet. Dabei wird als Auslösevorrichtung 19 ein Auslösemag ^¬ net 19 verwendet. Der Steuerbolzen (27) des Auslösemagneten 19 wirkt auf den Sperrkäfig 15 ein. Die Zugstange 16 wird durch Sperrkugeln 14 im Sperrkäfig 15 gehalten. An ihrem anderen Ende ist die Zugstange 16 mit dem Federpaket 4 und dem Bewegkontakt 17 verbunden. Zwischen dem Festkontakt 8 und dem Bewegkontakt 17 ist im geöffneten Schaltzustand eine Isolier- strecke vorhanden. Diese Isolierstrecke ist mit einer Iso ^¬ lierflüssigkeit, insbesondere Isolieröl oder Isolierester 30 gefüllt .

Auch ist in der Figur 1 eine vorteilhafte Ausführung des Festkontaktes 8 gezeigt, in der der Festkontakt 8 an seiner Kontaktfläche eine Bremsschicht 9 aufweist.

Desweiteren weist der spezielle Erdungsschalter 1 ein Isoliergehäuse 7 und ein äußeres Gehäuse 25 auf, die auch ein- teilig ausgeführt sein können.

Der Bewegkontakt 17 wird auf zumindest einem Teil der Schalt ^¬ strecke durch eine Kontaktführung 5 geführt. Diese Kontakt ^¬ führung 5 dient auch der elektrischen Kontaktierung des Be- wegkontaktes 17 in der geschlossenen Schalterstellung. Die

Kontaktführung 5 wird über eine Strombrücke 23 mit dem Masse ^¬ kontakt 22 elektrisch verbunden. Der Massekontakt 22 wird auch als zweite Zuleitung 22 bezeichnet. Der Festkontakt 8 kann über eine erste Zuleitung 8 ^λ kontaktiert werden.

Zum Spannen des Federpaketes 4 ist eine Spannmutter 13 vorge ^¬ sehen . Die Figur 2 zeigt einen Teilausschnitt eines erfindungsgemä ^¬ ßen Erdungsschalters, wobei hier als Alternativlösung eine thermische Auslösung realisiert ist. Die thermische Auslösung für die Steuerfeder 24 wird durch ein Spannband 20, welches an den Halteelektroden 19a, 19b befestigt ist oder über diese Halteelektroden 19a, 19b derart gespannt ist, dass die Steu ^¬ erfeder 24 in der gespannten Position gehalten wird. Die Steuerfeder 24 betätigt im Auslösefall den Steuerbolzen 27, der den Sperrkäfig 15 derart bewegt, dass der Bewegkontakt ausgelöst wird und durch die Steuerfeder 24 in Richtung des Festkontaktes beschleunigt wird.

Das Spannband 20 kann über einen elektrischen Impuls, der zwischen den Halteelektroden 19a, 19b erzeugt wird, thermisch zerstört und ein Schalten so ausgelöst werden.

Die Schrauben 35 dienen der Fixierung der Zugstange während Wartungsarbeiten oder während des Spannens der Steuerfeder 24.

Die Figur 3 zeigt einen alternativen Auslösemechanismus. Da ^¬ bei dient ein Elektromagnet als Auslösevorrichtung 19, der mit einem Steuerbolzen 27 auf die bewegbar, insbesondere drehbare, Halterung einer Halbwelle 15 ^λ derart einwirken kann, dass die Klinke 14 ^λ freigegeben wird. Das über die

Zugstange 16 mit der Klinke 14 ^λ verbundene Federpaket 4, in Figur 3 nicht dargestellt, bewirk bei einem Freigeben der Klinke 14 ^λ von der Halbwelle 15 ^λ eine Beschleunigung des Be ^¬ wegkontaktes 17 zum Festkontakt 8, Bewegkontakt und Festkon- takt in Figur 3 nicht dargestellt.