DE1254881B - Einrichtung zur Erzeugung energiereicher Druckstoesse fuer die dynamische Druckpruefung von geschlossenen Hohlkoerpern - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Erzeugung energiereicher Druckstöße für die dynamische Druckprüfung von geschlossenen Hohlkörpern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung energiereicher Druckstöße für die dynamische Druckprüfung von geschlossenen Hohlkörpern und/oder darin befindlichen Teilen, bei der Gas hohen Druckes aus einer Druckkammer über ein schnell öffnendes Ventil dem Prüfling zugeführt wird.
• Bei der Prüfung der Druckfestigkeit von geschlossenen Hohlkörpern kommt es je nach ihrem Verwendungszweck oft darauf an, sie nicht nur einer statischen, sondern auch oder ausschließlich einer dynamischen Druckbeanspruchung zu unterziehen.
• Das trifft z. B. auf die Löschkammern ölarmer Hochspannungsleitungsschalter zu. Der beim Ausschalten hoher Ströme entstehende Lichtbogen erzeugt durch Verdampfung von Öl einen rasch ansteigenden großen Druck, der im Stromnulldurchgang absinkt und der, sofern der Lichtbogen noch nicht gelöscht ist, in der nächsten Stromhalbwelle einen noch höheren Wert erreicht.
• Es ist bekannt, die Druckprüfung von Löschkammern in der Weise vorzunehmen, daß über ein Schnellbetätigungsventil Gas hohen Druckes in die Löschkammer strömt. Das Ventil wird entgegen der Kraft einer es gegen den anstehenden hohen Gasdruck haltenden vorgespannten Feder bis zum vollen Öffnungsquerschnitt so schnell betätigt, daß sich zumindest angenähert eine Nachbildung des bei Ausschaltungen im Betrieb auftretenden Druckverlaufs ergibt. Eine Begrenzung der zeitlichen Dauer des Druckstoßes ist aber mit dieser Art von Ventil nicht ohne weiteres möglich. Auch ist für das schnelle Öffnen des Ventils wegen seines großen Schließdruckes eine besondere, aufwendige Einrichtung erforderlich.
• Die Betätigung des Ventils kann durch einen auf den Ventilstößel wirkenden, z. B. mittels Druckluftantrieb auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigten Körper entsprechender Masse erfolgen. Das nach Öffnen des Ventils vom Druckgas beschleunigte Öl muß ebenso wie beim tatsächlichen Schaltvorgang die Möglichkeit haben, in einen Druckausgleichsraum abzuströmen. Aus diesem Grund eignet sich die bekannte Einrichtung vornehmlich für die Prüfung fertig montierter Polteile. Dagegen ist die Einrichtung für Stückprüfungen oder Stichprobenuntersuchungen der Löschkammern selbst, also ohne angebauten Druckausgleichsraum oder andere geschlossene Hohlkörper, weniger brauchbar.
• Die aufgezeigten Mängel werden durch die Erfindung behoben. Die eingangs erwähnte Einrichtung ist hierzu erfindungsgemäß so eingerichtet, daß das Ventil als in der Druckkammer verschiebbares Rohr ausgebildet ist, das in der Schließstellung auf der zum Prüfling führenden Öffnung dicht aufsitzt und durch die gegenüberliegende Wand der Druckkammer dichtschließend nach außen führt, und daß ferner ein in Längsrichtung des Rohres verstellbarer Kolben vom Ventilsitz her in das Rohr hineinragt. Der von der unteren Wand der Kammer getragene Ventilsitz kann vorteilhaft aus elastischem Material, z. B. Hartgummi, bestehen.
• Wenn das Ventilrohr, z. B. durch Freigabe einer Impulsfeder, sich von seinem Sitz abhebt, wird seine untere Ringfläche, deren Gegenfläche sich außerhalb der Druckkammer befindet, vom Druckgas beaufschlagt. Das Ventil wird infolgedessen sehr schnell geöffnet. Besonderer und aufwendiger Antriebsmittel bedarf es nicht.
• Die Dauer des Druckstoßes wird mit dem in das Ventilrohr ragenden Kolben gesteuert, der das Abströmen des Gases durch das Ventilrohr ins Freie bis zum Erreichen eines vorbestimmten Öffnungsweges sperrt. Eine praktisch stufenlose Steuerung des zeitlichen Ablaufs des Druckstoßes ermöglichst die Verwendung eines in der Längsrichtung verstellbaren Kolbens. Der Durchmesser des Kolbens kann so bemessen sein, daß zwischen ihm und dem Ventilrohr ein kleiner Ringspalt verbleibt. Der in der Schließstellung über die obere Wand der Kammer ragende Teil des Ventilrohres ist mit Schlitzen versehen, durch welche das Druckgas ins Freie abströmen kann.
• Die druckfeste Kammer des Ventils kann mit einer Energiequelle, z. B. Preßluftflasche, über einen Druckspeicher verbunden sein, in dessen zu der Energiequelle führender Leitung ein der Regelung der Druckhöhe im Druckspeicher dienendes Sperrventil angeordnet ist.
• Durch entsprechende Bemessung ihres Volumens kann die Kammer gleichzeitig den Druckspeicher bilden. Sobald das in den Druckspeicher eingelassene Gas die gewünschte Druckhöhe erreicht hat, wird das Sperrventil geschlossen. Es kann nun eine Vielzahl von Prüfungen ohne Änderung des eingestellten Druckes, auch wenn der Druck der Energiequelle nachläßt, vorgenommen werden. Es ist nur darauf zu achten, daß der Druck der Energiequelle nicht unter den Prüfdruck absinkt. Ein an die Druckleitung angeschlossenes Manometer gestattet die Obere wachung des Prüfdruckes. Die Verwendung des Druckspeichers hat noch den weiteren Vorteil, daß sich im Fall eines Berstens des Prüflings nur die erheblich geringere Energie des im Speicherraum befindlichen hochkomprimierten Gases und nicht die der Energiequelle auswirkt.
• Um das Ventil in der Schließstellung gegen den Druck der Impulsfeder zu halten, ist eine Druckvorrichtung erforderlich, die aus einer Gewindespindel, einem Exzenterhebel od. dgl. bestehen kann. Mittels der Druckvorrichtung wird das Ventilrohr über eine Auslösevorrichtung unter gleichzeitigem Spannen der Impulsfeder geschlossen und auf den Ventilsitz gepreßt.
• Die Erfindung sei an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele des weiteren erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Einrichtung zur Erzeugung energiereicher Druckstöße teilweise im Längsschnitt, F i g. 2 und 3 einen Schnitt durch die Auslösevorrichtung längs der Linie 1-1, F i g. 4 den oberen Teil des Ventils mit zwei hydraulischen Dämpfungspumpen, F i g. 5 einen Längsschnitt des Ventilsitzes.
• Die druckfeste Kammer, deren Ausmaß ihre gleichzeitige Verwendung als Druckspeicher zuläßt, ist mit 1 und das rohrförmig ausgebildete Ventil mit 2 bezeichnet. In einer Ausnehmung der unteren Wand 4 der Kammer ist der ringförmige, aus Hartgummi bestehende Ventilsitz 3 eingesetzt, der mittels der mit der Wand verschraubten Ringscheibe 5 gehalten wird. Das Ventilrohr ist in der Führung 6 und außerdem in der oberen Wand 7 der Kammer dicht schließend geführt. Der sich über die Wand 7 der Kammer erstreckende Teil des Ventilrohres ist mit Schlitzen 8 versehen.
• Mit dem oberen Ende des Ventilrohres ist die Auslösevorrichtung verbunden. Auf dem am Ventilrohr befestigten Lagerteil 2 a sitzt drehbar das Gehäuse 11, dessen Lage die Überwurfmutter 9 sichert.
• In dem Gehäuse befindet sich eine auf dem Kugellager 10 drehbare Ringscheibe 11 a. Diese Ringscheibe bildet mit der oberen Wand des Gehäuses 11 eine Ringnut, in der lose vier Kugeln 13 liegen. Das Gehäuse weist vier Bohrungen 14 auf, in denen und in ihren Verlängerungen 15 gegen die Federn 16 verschiebbare Stößel 17 mit balligem Kopf angeordnet sind. Die Zahl der Kugeln 13 und der Bohrungen 14 kann größer oder kleiner als vier sein.
• In der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung des Ventils liegt der kegelige Ansatz 22 des Bolzens 21 der Druckvorrichtung an den Kugeln 13. Die Kugeln können in der in F i g. 2 gezeigten Stellung des Auslösegehäuses 11 dem auf sie vem Bolzen 21 ausgeübten Druck nicht ausweichen. Der von der Gewindespindel 20 vermittelte Anpressungsdruck, die mittels des Kugellagers 23 drehbar mit dem Bolzen 21 verbunden ist, wird infolgedessen über die Kugeln 13, die Ringscheibe 11 a, die KugelnlO und den Lagerteil 2 a auf das Ventilrohr übertragen. In der von den Stangen 18 gehaltenen Brücke 19 ist die Spindel eingeschraubt. Die beim Schließen des Ventils gespannte Impulsfeder ist mit 24 bezeichnet.
• Die untere Wand 4 der Druckkammer ist gleichzeitig als Flansch 25 ausgebildet, mit der als Beispiel eines Prüflings die Löschkammer26 eines ölannen Leistungsschalters luftdicht verbunden ist. Der Flansch ist Träger des Kolbens 27, dessen Schaft 28 mit dem Steg 29 verschraubt ist. Wie gestrichelt angedeutet, ist der Kolben in der Längsrichtung verstellbar. Der Durchmesser des Kolbens ist so bemessen, daß zwischen ihm und dem Ventilrohr ein kleiner definierter Ringspalt verbleibt. Diese Maßnahme hat den Vorteil der Vermeidung einer ungewollten Beanspruchung des Prüflings bis zur Höhe des Speicherdruckes bei eventueller Undichtheit des Ventilsitzes.
• Andernfalls könnte diese statische Belastung das Bersten des Prüflings und damit eine Gefährdung des Bedienungspersonals zur Folge haben. Die Rohrleitung 39, an die das Manometer 30 angeschlossen ist, verbindet über das Sperrventil 41 die Druckkammer mit der hochkomprimierte Luft enthaltenden Flasche 40.
• Um für die Prüfung wirklichkeitsgetreue Bedingungen zu schaffen, ist die Löschkammer und vorzugsweise auch das Ventil bis zur Marke 31 mit einer Flüssigkeit, z. B. Öl, gefüllt. Auch bei Druckprüfungen von anderen Hohlkörpern als Löschkammern wird man vorteilhaft Flüssigkeit als Druckmedium verwenden. Bei kleineren Hohlkörpern kann gegebenenfalls auf die Verwendung einer Flüssigkeit als Mittel zur Druckübertragung verzichtet werden.
• Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Nachdem der Druckspeicher bis zu der für die Prüfung erforderlichen Druckhöhe mit Druckluft gefüllt ist, wird das Sperrventil geschlossen. Die Druckhöhe kann an dem Manometer abgelesen werden. Die Einrichtung ist nunmehr betriebsbereit. Um das Ventil auszulösen, wird das Gehäuse 11 so weit gedreht, bis die Kugeln 13 von der vorgespannten Impulsfeder in die Bohrungen 14 gedrückt werden. Diese Phase der Auslösung ist in F i g. 3 dargestellt. Die dadurch frei gewordene Impulsfeder hebt das Ventilrohr von seinem Sitz ab.
• Den weiteren Antrieb des Ventilrohres besorgt die seine untere Ringfläche beaufschlagende Druckluft.
• Infolge des hohen Druckes der Luft wird das Ventil mit großer Beschleunigung bis zu dem Anschlag 32 aus elastischem Material bewegt. Die Löschkammer wird mit einem Druckstoß beansprucht. Nach Erreichen eines vorbestimmten, von der Stellung des Kolbens 27 abhängigen Öffnungsweges strömt die Druckluft durch das Ventilrohr und durch die Schlitze 8 ins Freie. Der verhältnismäßig große Querschnitt des Ventilrohres und der Schlitze ermöglicht ein rasches Abströmen der Druckluft, ohne größere Mengen von Öl mitzureißen. Das Ventil kann nun wieder geschlossen werden. Zu dem Zweck wird die Spindel 20 so lange zurückgedreht, bis der Bolzen 21 die selbsttätige Rückführung der Kugeln mittels der unter den Druck der Federn 16 stehenden Stößel 17 freigibt. Das dann in die Ausgangsstellung zurückgedrehte Gehäuse 11 stellt die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Bolzen 21 und der Auslösevorrichtung wieder her. Durch Drehen der Spindel in entgegengesetztem Drehsinn wird das Ventil geschlossen.
• Die vorangehend geschilderte Einrichtung gestattet eine Veränderbarkeit des Druckmaximums und eine Beeinflussung des zeitlichen Ablaufs des Druckstoßes.
• Da sich, wie bereits erwähnt, das Ventilrohr unter der Wirkung des an seiner unteren Stirnfläche anstehenden Druckes sehr schnell öffnet, kann unter Umständen trotz der mittels des Kolbens 27 möglichen Steuerung des Abströmens des Druckgases die Dauer des Druckstoßes zu kurz sein. Durch Verwendung eines oder mehrere regelbarer hydraulischer Dämpfungsglieder, die das Ventil nach einem kurzen vorbestimmten Freihub auffangen und seine Geschwindigkeit steuern, läßt sich die Dauer des Druckstoßes sehr genau einstellen. Das in Fig.4 dargestellte Ventil ist mit zwei hydraulischen Dämpfungsgliedern, und zwar in Form von Dämpfungspumpen, ausgestattet. Die Zylinder 34 der Dämpfungspumpen sind verschiebbar angeordnet, während die Kolben 35 feststehen. Die Kolben sind mit Steuerbohrungen 36 versehen. In der Ausgangsstellung sind die Zylinder bis zur unteren Kolbenfläche mit Öl oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt. Wird das Ventil ausgelöst, so stößt es mit dem Auslösegehäuse 11 nach einem kurzen mit s bezeichneten Weg gegen die Zylinder und verschiebt diese bis zu den elastischen Anschlägen 37. Dabei wird von den Zylindern Flüssigkeit durch die Steuerbohrungen 36 der Kolben gedrückt.
• Der Grad der dadurch bewirkten Drosselung der Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils ergibt sich aus der Zahl und der Größe des Querschnitts der Steuerbohrungen. Die Federn 38 drücken die Zylinder der Dämpfungspumpen in ihre Ausgangslage zurück.
• Mittels der regelbaren hydraulischen Dämpfungsglieder wird eine von der Geschwindigkeit abhängige Steuerung der Dauer des Druckstoßes bzw. der Halbwertzeit, das ist die Zeit. in der der Druck den halben Wert des Druckmaximums überschreitet, erzielt.
• In bestimmten Fällen ist außer der Druckhöhe und der Halbwertszeit die Anstiegssteilheit des Druckes von Bedeutung. Die untere Grenze der Anstiegssteilheit ist durch die mechanische Eigenfrequenz des mit einem Druckstoß beanspruchten Prüflings gegeben. Sofern geringere als mit den bisher beschriebenen Ausführungen erreichbare Anstiegsgeschwindigkeiten des Druckes erwünscht sind, so kann dies mit einfachen Mitteln verwirklicht werden, wie F i g. 5 zeigt. Auf dem Ventilsitz ist eine vom Ventilrohr 2 durchsetzte Ringscheibe 5 a solchen Durchmessers angebracht, daß der verbleibende Ringspalt t eine Drosselung der Druckbeaufschlagung der Stirnfläche des Ventilrohres bis zu einem von der Höhe der Ringscheibe abhängigen Öffnungsweg bewirkt. Im Gegensatz zur Ausführung nach F i g. 4 wird sofort nach erfolgter Auslösung die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventilrohres gehemmt. Es erreicht erst nach Verlassen der Ringscheibe 5 a die volle Geschwindigkeit. Der Ringspalt t setzt dem von dem Druckgas verdrängten Öl einen Strömungswiderstand entgegen, mit der Folge, daß sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Druckes entsprechend vermindert.
• Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, nicht nur trapez-, sondern auch annähernd dreieckförmige Kurvenformen der Druckstöße mit einstellbarer Anstiegssteilheit, variabler Scheitelhöhe und Halbwertszeit zu erzeugen. Darüber hinaus kann auch mit dieser Einrichtung, wie die Erfahrungen gezeigt haben, die funktionelle Prüfung von Löschkammerteilen innerhalb der Löschkammer vorgenommen werden.
• Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Erzeugung energiereicher Druckstöße für die dynamische Druckprüfung von geschlossenen Hohlkörpern und/oder darin befindlichen Teilen, bei der Gas hohen Druckes aus einer Druckkammer über ein schnell öffnendes Ventil dem Prüfling zugeführt wird, d a -durch gekennzeichnet, daß das Ventil als in der Druckkammer (1) verschiebbares Rohr (2) ausgebildet ist, das in der Schließstellung auf der zum Prüfling (26) führenden Öffnung dicht aufsitzt und durch die gegenüberliegende Wand (7) der Druckkammer (1) dichtschließend nach außen fiihrt, und daß ferner ein in Längsrichtung des Rohres (2) verstellbarer Kolben (27) vom Ventilsitz (3) her in das Rohr (2) hineinragt.

Claims (1)

1. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der unteren Wand (4) der Druckkammer (1) getragene Ventilsitz (3) aus elastischem Material, z. B. Hartgummi, besteht.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des Durchmessers des Kolbens (27), daß zwischen ihm und dem Ventilrohr (2) ein kleiner Ringspalt verbleibt.

   4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Schließstellung über die obere Wand (7) der Druckkammer (1) ragende Teil des Ventilrohres (2) mit ins Freie mündenden Schlitzen (8) versehen ist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (1) mit der Energiequelle, z. B. Preßluftflasche (40), über einen Druckspeicher verbunden ist und daß in der von der Energiequelle (40) abgehenden Leitung (39) ein der Regelung der Druckhöhe im Druckspeicher dienendes Sperrventil (41) angeordnet ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (1) durch entsprechende Bemessung ihres Volumens gleichzeitig als Druckspeicher dient.

   7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr(2) mittels einer aus einer Gewindespindel (20), einem Exzenterhebel oder dergleichen bestehenden Druckvorrichtung über eine Auslösevorrichtung geschlossen und auf den Ventilsitz (3) gepreßt wird unter gleichzeitigem Spannen einer Impulsfeder (24).

   8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Gewindespindel (20) vorzugsweise über ein Drucklager (23) ein Bolzen (21) mit kegeligem Ansatz (22) verbunden ist, der den Anpreßdruck über mehrere, vornehmlich vier in einer Ringnut eines auf einem festen Lagerteil (2 a) drehbaren Auslösegehäuses (11) lose liegenden Kugeln (13) auf das Ventilrohr (2) überträgt und daß in der Ringnut Bohrungen (14) vorgesehen sind, in welche die Kugeln (13) durch Drehen des Auslösegehäuses (11) ausweichen und dadurch die Impulsfeder (24) freigeben.

   9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Begrenzung der Ringnut aus einer lose im Auslösegehäuse (11) angeordneten Ringscheibe (11 a) besteht, die auf einem Kugellager (10) ruht, das von dem mit dem oberen Ventilrohrende fest verbundenen Lagerteil (2 a) getragen wird.

   10. Einrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung der Kugeln (13) in die Ringnut durch in den Bohrungen (14) gegen Federdruck verschiebbare Stößel (17) mit balligem oder kegeligem Kopf erfolgt.

   11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere regelbare hydraulische Dämpfungsglieder das Ventilrohr (2) nach einem kurzen vorbestimmten Freihub auffangen und seine Geschwindigkeit steuern.

   12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als hydraulische Dämpfungsglieder Dämpfungspumpen (34, 35) dienen, deren teilweise mit Flüssigkeit gefüllte Zylinder (34) verschiebbar angeordnet sind und deren feststehende Kolben (35) mit Steuerbohrungen (36) versehen sind, durch welche die Zylinder bei ihrer Verschiebung durch das Ventilrohr (2) Flüssigkeit drücken.

   13. Einrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (34) der Dämpfungspumpen in der Ausgangsstellung bis zur unteren Kolbenfläche mit Flüssigkeit gefüllt sind.

   14. Einrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (34) der Dämpfungspumpen bei ihrer mittels eines Anschlages (37) aus elastischem Material begrenzten Verschiebung eine Rückholfeder (38) spannen.

   15. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ventilsitz (3) eine vom Ventilrohr (2) durchsetzte Ringscheibe (5 a) solchen Durchmessers angebracht ist, daß der sich ergebende Ringspalt (t) eine Drosselung der Druckbeaufschlagung der Stirnfläche des Ventilrohres (2) bis zu einem von der Höhe der Ringscheibe(5 a) abhängigen Öffnungsweg bewirkt.

   16. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Hohlkörper (26) und das Ventilrohr (2) bis zu einem über den Ventilsitz (3) reichenden Niveau (31) mit einer als Druckmedium dienenden Flüssigkeit, z. B. Öl, gefüllt sind.