Sicherheit im Hochspannungsbereich

14.02.2018

Strom ist, im wahrsten Sinne des Wortes, das Lebenselixier unserer modernen Gesellschaft und Wirtschaft. Denn ohne ihn geht gar nichts mehr. Für den sicheren Betrieb unseres Stromnetzes sind Leistungsschalter von entscheidender Bedeutung.

 Die gesamte Leistung eines Kraftwerks (im Gigawattbereich) ein- und auszuschalten und Spannungen bis 1.500 kV zu lenken, ist beispielsweise ihr Auftrag. Eine überaus bedeutende und verantwortungsvolle Schlüsselfunktion dabei trägt der kaltgerollte Kugelgewindetrieb Typ Carry aus Burg (CH).

Hohe Spannung, weniger Verluste
Die elektrische Energie wird vom Stromerzeuger, zum Beispiel vom Kraftwerk, zum Stromnutzer transportiert. Um Verluste und damit Kosten bei der Elektrizitäts-Übertragung zu sparen, will man möglichst geringe Stromstärken erzielen. Um trotzdem viel Leistung übertragen zu können, wird mit hohen Spannungen gearbeitet. Hier kommen Hoch- und Höchstspannungen bis zu 1150 kV zum Einsatz. Das gesamte europäische Stromnetz hat eine Länge von etwa 1,8 Millionen Kilometern.

Herausforderung eines Leistungsschalters

Unabhängig von seiner Position im Netz hat ein Leistungsschalter zwei Aufgaben: Das tägliche Schalten von Leitungen im normalen Betrieb und die Unterbrechung der Stromversorgung im Falle einer Überlastung oder eines Kurzschlusses. Ein Leistungsschalter ist ein mechanisches Schaltgerät und muss in der Lage sein, innerhalb von Sekundenbruchteilen Leistungen von mehreren GVA zu „bändigen". Das Unterbrechen des Stromflusses führt bei jedem Schalter, zumindest kurzzeitig, zu einem Spannungsüberschlag zwischen den beiden Kontakten und es bildet sich eine sich selbsterhaltende Gasentladung, die Lichtbogen genannt wird. Lichtbögen haben eine enorme Energie. Bei Temperaturen von über 50’000 °C und einem Volumen von weniger als einem Liter, können Drücke von bis zu 100 MPa auftreten. Das ionisierte Gas (Plasma) leitet nicht nur weiterhin Strom, sondern reduziert die Lebensdauer des Bauteils. Bei starken Strömen kann es den Schalter sogar zerstören. Leistungsschalter sind so konstruiert, dass der beim Öffnen der Schaltkontakte entstehende Lichtbogen schnell und ohne Beschädigung des Schalters gelöscht und damit der Stromfluss unterbrochen wird.

Mit dem richtigen Technikpartner einen Schritt voraus
Ein global führendes Technologieunternehmen suchte die absolut zuverlässige Antriebslösung um die schweren Metallkontakte in den Leistungsschaltern blitzschnell voneinander zu trennen. Bei Eichenberger Gewinde AG wurde der Energietechnikkonzern fündig. Der Schweizer Gewindespezialist liefert seit Jahrzehnten Spindellösungen, die sich nicht nur hinsichtlich Performance, Qualität und Zuverlässigkeit auszeichnen, sondern den entscheidenden Innovationsvorsprung unterstützen. Wenn es um die Konstruktion spezifisch eingebundener Antriebskomponenten geht, profitieren die Kunden weltweit von den fundierten Kenntnissen und dem erstaunlichen Entwicklungs- und Fertigungspotential Eichenbergers.

Der Gewinderoller fokussiert stets auf den bedarfsorientierten, konstruktiven Austausch mit seinen Partnern. Einerseits besteht die Kunst darin, aussergewöhnliche Kundenlösungen zu entwickeln und andererseits leistungsfähige und fortschrittliche Produktionsverfahren sicher zu stellen. Zukunftweisendes, vitales Denken ist fest in Eichenbergers Firmenkultur verankert. Die ideale Unternehmensstruktur «In-house» bedeutet, dass Entwicklung, Fertigung, Qualitätssicherung und eine agile Prototypen-Erstellung, inklusive Gewinderollwerkzeuge und Endenbearbeitung, gleichzeitig angeboten werden können. Dies setzt eine bemerkenswerte Flexibilität und Anpassungsfähigkeit frei. Tiefes Qualitätsbewusstsein der Mitarbeiter ist gekoppelt mit einem entsprechend modernen Maschinenpark. Dank dieser Faktoren lässt sich besonders am Standort Schweiz sehr viel bewegen. Das permanente Erarbeiten von praktischen Kundenlösungen ist Eichenbergers Leidenschaft. Gewindeformen, die sich ausserhalb der Norm befinden, sind die gesuchten Aufgabenstellungen.
Pluspunkt Gewinderollen
Das Potential in dieser Tatkraft erkannt, setzte der Energietechnikhersteller auf die robusten kalt gewalzten Kugelgewindetriebe aus Burg (CH), die im kostengünstigen Gewinderollverfahren in grossen Serien hergestellt werden. Beim Gewinderollen werden die Längsfasern des Materials, anders als beim Schleifen, Fräsen oder Drehen, nicht zerschnitten, sondern umgelenkt. Es entsteht eine komprimierte, glatt rollierte, äusserst belastbare Oberfläche, welche für eine lange Lebensdauer der Spindel zwingend ist. Die Rauheitswerte um Rz 1.0 auf den Gewindeflanken und im Grundradius sowie eine deutlich verminderte Kerbempfindlichkeit bringen ebenfalls einen grossen Vorteil. Der Rollreibungskoeffizient beträgt bei Stahlkugeln 0.003 bis 0.001 gegenüber von Gleitreibung Stahl auf Stahl (geschmiert) 0.1 bis 0.05. Die hervorragenden Gleiteigenschaften des kaltgerollten Kugelgewindetriebs sorgen für minimalen Abrieb und bieten wenig Angriffsfläche für Verschmutzung. Das geräuscharme Abrollen der Kugeln wird dadurch zum Kinderspiel.

Absolute Zuverlässigkeit

«Selten gefordert - aber dann in Nullkommanichts»
Ein Hochspannungs-Kurzschluss hat bereits nach 5 Millisekunden seinen maximalen Wert erreicht. Eine Unterbrechung der Stromversorgung im Falle eines Kurzschlusses wird zum Glück selten gefordert. Wenn dieser Fall aber unerwartet auftritt, ist die absolute Zuverlässigkeit der mechanischen Antriebselemente unabdingbar! Der Kugelgewindetrieb Typ Carry gewährleistet höchste Funktionssicherheit mit enormer Leistungskraft (Wirkungsgrad > 0,9) und Robustheit. Carry bereitet den mechanischen Ein- und Ausschaltvorgang beim Leistungsschalter mit Hilfe von Schraubenfedern vor. Zwei massive Schubstangen sind beidseitig fest mit der massgefertigten Mutter, auch als Mitnehmer bezeichnet, verbunden. Diese beiden Hebel setzen die riesigen, unter Federdruck stehenden Schlaganker in Bewegung, die den Metallkontakt extrem schnell trennen. Trotz widrigsten Wetterbedingungen und starken Temperaturunterschieden erfüllt der kaltgerollte, belastungsstarke Carry absolut zuverlässig seinen Auftrag, unter wartungsfreiem Einsatz.

Die kundenspezifischen Anforderungen an den Kugelgewindetrieb mit eingebautem Kundeninterface in der Mutter präsentierten sich «gehaltvoll und vielfältig». In Bezug auf Axialkraft und Geometrie wurden höchste Ansprüche genannt. Die tribologischen Aspekte wie Reibung, Verschleiss und Schmierung wurden als wichtige Voraussetzungen aufgeführt, die es zu erfüllen galt. Die knifflige Aufgabe, das Äussere des Mutternkörpers den speziellen Schnittstellenanforderungen und den kinematischen Bedingungen anzupassen, stellte sich als besonders anspruchsvoll heraus. Aufgrund der Gesamtheit der Forderungen wurden für den weltweiten Einsatz verschiedenste Dimensionen des Kugelgewindetriebs Carry bestehend aus der kaltgerollten Gewindespindel und der spezifischen Mitnehmer-Mutter entwickelt.

Wenn Zuverlässigkeit und Kundennutzen kein Zufall sind

Die Flexibilität von mechanisch-dynamischen Funktionselementen trägt erheblich zum Erfolg von Projekten in der Antriebstechnik bei. Massgebend dabei ist die Erkenntnis, dass Qualität und Zuverlässigkeit in ein Produkt «hineinentwickelt» werden müssen. Die Hightech-Prüfsysteme von Eichenberger Gewinde AG sind daher in vielen Phasen der Produktentstehung unentbehrlich. Nur wenn Spindeln, Muttern, Kugeln und Schmierung perfekt zusammenspielen, kann höchsten Ansprüchen Rechnung getragen werden. Aufgrund der engen Toleranzen bei Drehmoment, Axialspiel und Rundlauf wird eine 100 % Kontrolle auf einem speziellen Prüfstand durchgeführt. Nicht nur in der Automations-, Fahrzeug- oder Medizinbranche sind strengste Anforderungen an beispielsweise die vollständige Rückverfolgbarkeit ein Dekret. Auf Wunsch werden bei Eichenberger unkompliziert Datenbezüge mittels einer dauerhaften Laserbeschriftung als Datamatrixcode auf den Kugel- oder Gleitgewindetrieb gebracht. Heute geht es um Technikvorsprung und höhere Leistungsdichte, bei tendenziell reduzierten Investitionskosten. Wenn der Erfinder des Produktes auch dessen kompetentester Hersteller ist, liegen die Vorteile auf der Hand.

Dienstleister in der Entwicklung
Die Notwendigkeit zur Lösung praktischer Aufgaben ist immerwährend. Die darin liegenden Chancen setzt Eichenberger Gewinde AG erfolgreich um und es gelang, sich in der Nische Antriebstechnik mit den massgeschneiderten gerollten Gewindetrieben zu etablieren. Der Schweizer Gewindespezialist hat klare Ziele: Das Rollen (Kaltverformen) von Gewinden und die Fertigung von Gewindetrieben (Spindel und Mutter). Unter Einsatz modernster Produktionsmethoden und durch die Entwicklung neuer Dimensionen unterstützt Eichenberger den Kunden in «seiner» Innovation.

Die Herausforderung für den Konstrukteur im Hochpreisland Schweiz besteht darin,
sehr hohen technischen Wert in einem marktgerechten, wettbewerbsfähigen Produkt
zu entwickeln. Es braucht nicht nur technologisches Wissen, Forschung und Entwicklung, sondern das zusätzliche Beherrschen effizienter Fertigungsverfahren bringt den Wettbewerbsvorteil. Wenn der Erfinder des Produkts zugleich dessen wirtschaftlichster Hersteller ist, kann insbesondere am Standort Schweiz wirklich etwas bewegt werden.

 

«Carry»: Verschleissfreie Kugelgewindetriebe für Anwendungen, wo grosse Lasten bei geringem Energieverbrauch zu bewegen
sind. Je nach Ausführung sind besonders hohe Verfahrgeschwindigkeiten möglich.

«Speedy»: Die Steilgewindespindel setzt – mit hoher Verfahrgeschwindigkeit – Linear- in Drehbewegungen um.
Neu: zum Teil in Aluminium erhältlich.

«Easy»: Die hartanodisierte Leichtgewindespindel aus Aluminium mit einem Wirkungsgrad über 0.8, für höhere Lasten als bei normalen Gleitspindeln. Das Spezial-Profil verhindert ein Verklemmen der Mutter.

«Rondo»: Die Rundgewindespindel mit sehr ruhigen Laufeigenschaften.
Neu: zum Teil in Aluminium erhältlich.

 

Eichenberger Gewinde AG
Grenzstrasse 30

CH-5736 Burg

 

Tel. +41-62 765 10 10

Fax +41-62 765 10 55

info.eag@festo.com

www.gewinde.ch

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Ein Unternehmen der Festo Gruppe

 

 

 


Kugelgewindetrieb Typ Carry, Durchmesser ø 14 mm, Steigung p 4 mm,
mit Kundeninterface in Mutternkörper

 

 

 

 

 

Hochspannungs-Leistungsschalter, so gross wie ein Haus

 

 

 

 

 

 

Foto auf Anfrage (Kundengespräch)