DE19934383A1 - Dämpfungseinrichtung und Ventileinsatz für eine solche Dämpfungseinrichtung - Google Patents

Dämpfungseinrichtung und Ventileinsatz für eine solche Dämpfungseinrichtung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für einen Vakuumschalter, insbesondere für einen Vakuumschalter in einem Stufenschalter. Die Schaltstange des Vakuumschalters weist einen Kolben auf, der in einem Dämpfungszylinder geführt ist. Erfindungsgemäß sind Kolben und Dämpfungszylinder in einem separaten Dämpfungsgehäuse angeordnet, und der Dämpfungszylinder steht im Bereich des sich bildenden Verdichtungsraumes mit zwei Ventileinsätzen in Verbindung, die einmal als Einlaßventil und zum anderen als Auslaßventil wirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für einen Vakuumschalter, insbesondere für einen Vakuumschalter in einem Stufenschalter. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventileinsatz für eine solche Dämpfungseinrichtung.
Auf vielen industriellen Anwendungsgebieten haben sich Vakuumschalter, oft auch synonym als Vakuumschaltzellen bezeichnet, aufgrund ihrer Vorzüge als Schaltelemente durchgesetzt. Auch in Stufenschaltern werden sie zunehmend eingesetzt, dabei besteht ein ganz wesentlicher Vorteil darin, daß sie völlig abbrandfrei hinsichtlich ihrer Umgebung arbeiten, während bei mechanischen Schaltkontakten der unvermeidliche Lichtbogen beim Schalten und der Kontaktabbrand mit der Zeit das umgebende Schaltöl des Stufenschalters verrußen bzw. verschmutzen.
In Stufenschaltern werden solche Vakuumschalter üblicherweise durch einen ausgelösten Kraftspeicher betätigt; um dabei ein Kontaktprellen und ganz allgemein Funktionsstörungen zu vermeiden, ist es bekannt, an der Schaltstange eines solchen Vakuumschalters eine Dämpfungseinrichtung vorzusehen.
Eine solche Dämpfungseinrichtung ist aus der DE-PS 20 02 054 (= US 3,553,395) bereits bekannt. Dabei erfolgt die Dämpfung der schlagartigen Bewegung der Schaltstange des Vakuumschalters dadurch, daß diese Schaltstange mit zwei Kolben verbunden ist, die in einem Hohlzylinder zu beiden Seiten eines von der Schaltstange durchdrungenen, den Hohlzylinder in zwei Zylinderkammern unterteilenden Mittelteils gleitbar angeordnet sind, wobei die Wand jeder Zylinderkammer in der Nähe des Mittelteiles mit jeweils einer in radialer Richtung durchgehenden Öffnung versehen ist.
Eine weitere Dämpfungseinrichtung ist aus der DE-PS 40 11 019 (= US 5,107,200) bekannt. Dabei ist die Schaltstange des Vakuumschalters wiederum mit einem Kolben verbunden, der hier in einem Zylinder spielfrei geführt ist. Im unteren Bereich des Zylinders befindet sich eine Bohrung, die die Schließbewegung dämpft, indem sie nur allmählich die Verdrängung des im Zylinder befindlichen Öles gestattet. Im oberen Bereich besitzt der Kolben einen konzentrischen Fortsatz, der mit einer entsprechenden Öffnung an der Stirnseite der Dämpfungseinrichtung zusammenwirkt. Dadurch wird im letzten Teil der Öffnung des Vakuumschalters, wenn der Fortsatz die Öffnung an der Stirnseite verschließt und somit eine Ölverdrängung erschwert, die Bewegung gedämpft und ein weiches Öffnen ermöglicht.
Diese bekannten Dämpfungseinrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf. Zunächst einmal, dies ist ihr wichtigster Nachteil, sind sie ungeeignet, wenn der jeweilige Vakuumschalter in einem großen Temperaturbereich arbeiten und bei stark unterschiedlichen Temperaturen zuverlässig und wirkungsvoll gedämpft werden soll. Unterschiedliche Temperaturen führen zu stark unterschiedlicher Viskosität des Schaltöles; bei den fest kalibrierten Öffnungen des Standes der Technik kann das dazu führen, daß bei hohen Temperaturen, also geringer Viskosität, keine oder nur eine sehr geringe Dämpfungswirkung eintritt, während bei tiefen Temperaturen, also hoher Viskosität, eine zu starke Dämpfung zu erwarten ist. Die bekannten Dämpfungseinrichtungen sind also prinzipiell nur für eine in etwa konstante Umgebungstemperatur geeignet, für die sie speziell dimensioniert sind. Eine nachträgliche Änderung, Anpassung oder Justierung des Dämpfungsverhaltens ist nicht oder nur schwer möglich, weil sich die einmal vorhandenen Paarungen von Kolben und korrespondierenden Bohrungen nicht so einfach verändern lassen. Weiterhin benötigen die bekannten Dämpfungseinrichtungen einen erheblichen Platzbedarf, weil in jedem Fall eine Verlängerung der Schaltstange des Vakuumschalters erforderlich ist, um Kolben, Zylinder und andere Bauteile aufzunehmen bzw. unterzubringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte gattungsgemäße Dämpfungseinrichtung für Vakuumschalter anzugeben, die einfach und robust ist, wenig Bauteile aufweist und modular aufgebaut ist und zudem leicht ausgetauscht oder hinsichtlich ihres Dämpfungsverhaltens verändert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, einen einfachen, preiswerten und möglichst universell einsetzbaren Ventileinsatz für eine solche Dämpfungseinrichtung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch eine Dämpfungseinrichtung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches sowie einen Ventileinsatz mit den Merkmalen des fünften Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche beinhalten besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Dämpfungseinrichtung.
Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung ist die selbsttätige Anpassung an unterschiedliche Umgebungstemperaturen, d. h. stark unterschiedliche Viskositäten des Schaltöles, durch die erfindungsgemäß verwendeten Ventileinsätze mit ihren Feder-Kolben- Systemen. Weiterhin vorteilhaft ist der geringe Platzbedarf in Längsrichtung der Schaltstange des Vakuumschalters, da die entsprechenden Bauelemente, die die dämpfende Wirkung hervorrufen, senkrecht zu dieser Bewegungsrichtung angeordnet sind, in einem Bereich, in dem üblicherweise ausreichend Platz vorhanden ist. Ein weiterer Vorteil dieser Dämpfungseinrichtung besteht im einfach und preisgünstigen Aufbau; durch die modulare Anordnung der erfindungsgemäßen Ventileinsätze vereinfacht sich die gesamte Einrichtung weiter. Die Ventileinsätze selbst sind ebenfalls auf einfache Weise herstellbar und stellen keine großen Genauigkeitsanforderungen; sie lassen sich zudem auf einfache Weise an unterschiedlichste Gegebenheiten anpassen.
Die Erfindungen sollen nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung in schematischer seitlicher, vergrößerter Darstellung
Fig. 2 eben diese Dämpfungseinrichtung in einer ersten Schnittebene A-A
Fig. 3 diese Dämpfungseinrichtung in einer zweiten Schnittebene B-B
Fig. 4 eine Dämpfungseinrichtung in natürlicher Größe, perspektivisch dargestellt
Fig. 5 die in Fig. 4 dargestellte Dämpfungseinrichtung teilweise geschnitten
Fig. 6 einen erfindungsgemäßen Ventileinsatz allein in vergrößerter, seitlicher, schematischer Schnittdarstellung.
In den Fig. 1 bis 5 ist der Vakuumschalter selbst, dessen Schaltbewegung gedämpft werden soll, nicht dargestellt. Dargestellt ist lediglich das freie Ende der Schaltstange 1 dieses Vakuumschalters, um die herum das komplette Dämpfungsgehäuse 2 der Dämpfungseinrichtung angeordnet ist. Das Dämpfungsgehäuse 2 weist im Inneren einen Dämpfungszylinder 3 auf, der sich konzentrisch zur Schaltstange 1 in deren Längsrichtung erstreckt. Im Dämpfungszylinder 3 ist ein Kolben 4 geführt, der auf der Schaltstange 1 befestigt ist. Die Befestigung erfolgt dabei durch einen oberen Einstich 5 und einen unteren Einstich 6, in die ein oberer Sicherungsring 7 bzw. ein unterer Sicherungsring 8 eingerastet sind, zwischen denen sich der Kolben 4 befindet, der damit formschlüssig fixiert ist. Falls erforderlich, kann zwischen Kolben 4 und oberem Sicherungsring 7 noch eine Scheibe 9 vorgesehen sein. Durch die beschriebene Paarung aus Dämpfungszylinder 3 und korrespondierendem Kolben 4 ergibt sich ein Kompressionsraum im Dämpfungsgehäuse 2, der durch Punkte verdeutlicht ist. Die Schaltstange 1 ist an ihrem oberen freien Ende vorteilhafterweise mit einer Gewindebohrung 10 versehen, ebenso weist der Kolben 4 eine oder mehrere Gewindebohrungen 11, die ihn jedoch nicht durchdringen dürfen, auf. Diese Gewindebohrungen 10, 11 sind für die Funktion der Dämpfungseinrichtung nicht erforderlich, sie vereinfachen jedoch eine eventuelle später notwendig werdende Demontage des Kolbens 4 ganz wesentlich. Im axialen Bereich des Kompressionsraumes weist das Dämpfungsgehäuse 2 zwei Öffnungen 12, 13 auf. Diese Öffnungen sind besonders vorteilhaft identisch ausgeführt und weisen jeweils an ihrer äußeren Seite, d. h. am Mantel des Dämpfungsgehäuses 2, einen gestuften Ansatz 14, 15 auf. An diesen beiden Öffnungen 12, 13 sind, sich nach außen erstreckend, ein erster Ventileinsatz 18, als Einlaßventil wirkend, sowie ein zweiter Ventileinsatz 19, als Auslaßventil wirkend, befestigt. Die Befestigung erfolgt derart, daß der erste Ventileinsatz 18 einen Befestigungsflansch 28 aufweist, der mit dem Ansatz 14 korrespondiert, und der zweite Ventileinsatz 19 einen Befestigungsflansch 37 aufweist, der seinerseits mit dem Ansatz 15 korrespondiert. Dazwischen befinden sich jeweils Dichtungen 16, 17. Die Fixierung selbst erfolgt durch Befestigungsschrauben 38, 39 für den ersten Ventileinsatz 18 bzw. Befestigungsschrauben 40, 41 für den zweiten Ventileinsatz 19, die im Bereich der jeweiligen Befestigungsflansche 28, 37 vorgesehen sind und von außen radial in das Dämpfungsgehäuse 2 einschraubbar sind. Beim Einschrauben fixieren sie die jeweiligen Befestigungsflansche 28, 37, indem sie diese gegen die jeweilige Dichtung 16, 17 und gegen den entsprechenden Ansatz 14, 15 drücken. Der jeweilige Ventileinsatz 18, 19 besteht in seinem Inneren jeweils aus einem Zylinder 20, 29, in dem jeweils ein Hohlkolben 21, 30 geführt ist. Beim ersten, als Einlaßventil wirkenden Ventileinsatz 18 besitzt der Hohlkolben 21 an seinem äußeren, radial nach außen gerichteten Ende eine Dichtungsfläche 22, die mit einer Dichtungsfläche 24 des Einlaßventiles 18, die kegelförmig ausgebildet ist, zusammenwirkt. Er weist außerdem eine Queröffnung 23 auf, die außerhalb des Bereiches der Dichtungsfläche 22 die Verbindung zum Hohlraum im Inneren des Hohlkolbens 21 herstellt. Der Hohlkolben 21 wird im Ruhezustand mit seiner Dichtungsfläche 22 gegen die Dichtungsfläche 24 gedrückt. Dazu dient eine Druckfeder 25 im Inneren des Hohlkolbens 21, die sich ihrerseits gegen einen Ring 26a abstützt, der an einem Sicherungsring 26b anliegt, der wiederum in einem Einstich 27 des Zylinders 20 vorgesehen ist. Im Ruhezustand ist der Ventileinsatz 18 also verschlossen. Bei äußerem Überdruck kann das umgebende Schaltöl gegen die Kraft der Druckfeder 25 jedoch von außen durch den Hohlkolben 21 in den Verdichtungsraum des Dämpfungsgehäuses 2 im Inneren fließen. Weiterhin ist an der Öffnung 13 der weitere Ventileinsatz 19 vorgesehen, der als Auslaßventil wirkt. Auch dieser besteht aus einem Zylinder 29 mit einem darin geführten Hohlkolben 30. Abweichend besitzt jedoch hier der Hohlkolben 30 eine Dichtungsfläche 31 am Inneren, radial gesehen der Schaltstange 1 zugewandten Ende. Auch hier ist eine Queröffnung 32 vorgesehen, die ihrerseits wiederum die Verbindung zum Inneren des Hohlkolbens 30 herstellt. Die beschriebene Dichtungsfläche 31 korrespondiert wiederum mit einer entsprechenden Dichtungsfläche 33 des als Auslaßventil wirkenden Ventileinsatzes 19, die sich in radialer Richtung innen befindet. Ebenfalls vorgesehen ist eine weitere Druckfeder 34, die sich wiederum gegen einen Ring 35a abstützt, der an einem weiteren Sicherungsring 35b anliegt, der seinerseits wiederum in einem Einstich 36 fixiert ist. Dieser zweite Ventileinsatz 19 wirkt als Auslaßventil: Bei Überdruck im Inneren des Dämpfungszylinders 3 kann das Schaltöl gegen die Kraft der Druckfeder 34 nach außen entweichen. In den Figuren ist durch Pfeile die entsprechende mögliche Ein- bzw. Austrittsrichtung des Schaltöles markiert. Die gesamte Dämpfungseinrichtung wird durch Befestigungsschrauben 42, 43 an hier nicht weiter dargestellten weiteren Bauteilen oder auch dem Vakuumschalter selbst befestigt. Es ist weiterhin zu sehen, daß die Ventileinsätze 18, 19 von ihrer äußeren Kontur her erfindungsgemäß symmetrisch aufgebaut sind. Der erste Ventileinsatz 18 besitzt an seinem äußeren, freien Ende einen weiteren, ungenutzten Befestigungsflansch 44, der ebenso dimensioniert ist wie der gegenüberliegende Befestigungsflansch 28, mit dem er am Ansatz 14 fixiert ist. Der zweite Ventileinsatz 19 seinerseits besitzt ebenfalls an seinem freien Ende einen weiteren Befestigungsflansch 45, der ebenfalls ungenutzt bleibt und ebenso dimensioniert ist wie der Befestigungsflansch 37, mit dem er am Ansatz 15 befestigt ist.
Durch die oben beschriebene symmetrische Ausbildung ihrer äußeren Kontur sind die Ventileinsätze 18, 19 erfindungsgemäß als modulare Baugruppen ausgebildet, die wahlweise als Einlaßventil oder auch als Auslaßventil wirken können. Je nach dem, mit welcher seiner Seiten, die von der Kontur identisch sind, der jeweilige Ventileinsatz 18, 19 am entsprechenden Ansatz 14, 15 befestigt wird, wirkt er einmal als Einlaßventil und das andere Mal als Auslaßventil. Im erstgenannten Fall befindet sich die Dichtungsfläche des entsprechenden Hohlkolbens außen und die Druckfeder stützt sich innen ab, im anderen Fall ist es genau umgekehrt. Durch diese modulare Ausbildung der Ventileinsätze ist also nur noch eine einzige, unterschiedlich einsetzbare Bauart erforderlich. Desweiteren läßt sich durch entsprechende Dimensionierung der jeweiligen Druckfedern und der anderen Bauteile eine einfache Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse, insbesondere auch die Viskosität des Schaltöles und die gewünschten Dämpfungseigenschaften, erzielen.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung ist damit ohne weiteres verständlich. Bei schneller Bewegung der Schaltstange 1 nach unten, in der Richtung also, in der die Kontakte des Vakuumschalters geschlossen werden, wird das Schaltöl im Verdichtungsraum zusammengedrückt, es erhöht sich der Druck, und das Schaltöl entweicht durch den als Auslaßventil wirkenden Ventileinsatz 19 nur langsam gegen die Kraft der Druckfeder 34 - die Bewegung der Schaltstange 1 wird gedämpft. Bei entgegengesetzter schneller Bewegung der Schaltstange 1 nach oben kann Schaltöl nur langsam gegen die Kraft der entsprechenden Druckfeder 25 des als Einlaßventil wirkenden Ventileinsatzes 18 ins Innere des Verdichtungsraumes strömen - auch diese schnelle Bewegung nach oben wird gedämpft.
In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßer Ventileinsatz noch einmal allein dargestellt. Die einzelnen Bauteile dieses Ventileinsatzes sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, die bei der Erläuterung der vollständigen Dämpfungseinrichtung verwendet wurden. Jedes angesprochene Bauteil besitzt daher in dieser Figur zwei unterschiedliche Bezugszeichen, je nach dem, ob es weiter oben als Einlaßventil oder als Auslaßventil beschrieben wurde. Die Bezugszeichen 18, 20 bis 28, 44 beziehen sich dabei auf die Wirkung als Einlaßventil, die Bezugszeichen 19, 29 bis 37, 45 hingegen auf die Wirkung als Auslaßventil. Die Funktion dieses Ventileinsatzes wurde bereits ausgiebig erläutert. Es ist ersichtlich, daß durch einen unterschiedlichen Anbau ohne weiteres die verschiedenen Arbeitsweisen als Einlaß- oder Auslaßventil realisierbar sind, je nach dem, ob der Hohlkolben 21, 30 gegen die Kraft der Druckfeder 25, 34 nach innen oder nach außen gedrückt wird und damit Schaltöl von innen oder von außen gegen die jeweilige Federkraft den Ventileinsatz 18, 19 durchströmen kann.
Bezugszeichenaufstellung
1
Schaltstange des Vakuumschalters
2
Dämpfungsgehäuse komplett
3
Dämpfungszylinder im Dämpfungsgehäuse
4
Kolben
5
oberer Einstich
6
unterer Einstich
7
oberer Sicherungsring
8
unterer Sicherungsring
9
Scheibe
10
Gewindebohrung in der Schaltstange
11
Gewindebohrungen im Kolben
12
Öffnung im Dämpfungsgehäuse für Einlaßventil
13
Öffnung im Dämpfungsgehäuse für Auslaßventil
14
Ansatz am Gehäuse für Einlaßventil
15
Ansatz am Gehäuse für Auslaßventil
16
Dichtung für Einlaßventil
17
Dichtung für Auslaßventil
18
Ventileinsatz komplett, als Einlaßventil (E) wirkend
19
Ventileinsatz komplett, als Auslaßventil (A) wirkend
20
E: Zylinder
21
E: Hohlkolben
22
E: Dichtungsfläche des Hohlkolbens
23
E: Queröffnung des Hohlkolbens
24
E: Dichtungsfläche des Einlaßventilgehäuses
25
E: Druckfeder
26
a E: Ring
26
b E: Sicherungsring
27
E: Einstich
28
E: Befestigungsflansch
29
A: Zylinder
30
A: Hohlkolben
31
A: Dichtungsfläche des Hohlkolbens
32
A: Queröffnung des Hohlkolbens
33
A: Dichtungsfläche des Auslaßventilgehäuses
34
A: Druckfeder
35
a A: Ring
35
b A: Sicherungsring
36
A: Einstich
37
A: Befestigungsflansch
38
Befestigungsschraube für Einlaßventil
39
Befestigungsschraube für Einlaßventil
40
Befestigungsschraube für Auslaßventil
41
Befestigungsschraube für Auslaßventil
42
Befestigungsschraube
43
Befestigungsschraube
44
weiterer Befestigungsflansch am Einlaßventil
45
weiterer Befestigungsflansch am Auslaßventil

Claims (5)

1. Dämpfungseinrichtung für einen im Schaltöl angeordneten Vakuumschalter, insbesondere für einen Vakuumschalter in einem Stufenschalter,
wobei eine die Kontakte des Vakuumschalters betätigende Schaltstange mit einem Kolben in Verbindung steht, der in einem zur Bewegungsrichtung der Schaltstange fluchtend angeordneten Dämpfungszylinder geführt ist, derart, daß ein Teil des Dämpfungszylinders vom Kolben begrenzt einen Verdichtungsraum bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß Kolben (4) und Dämpfungszylinder (3) in einem separaten Dämpfungsgehäuse (2) angeordnet sind,
daß der Dämpfungszylinder (3) im Bereich des Verdichtungsraumes zwei die Wandung des Dämpfungsgehäuses (2) radial durchdringende Öffnungen (12, 13) aufweist,
daß eine Öffnung (12) mit einem als Einlaßventil wirkenden ersten Ventileinsatz (18) in Verbindung steht
und daß die andere Öffnung (13) mit einem als Auslaßventil wirkenden zweiten Ventileinsatz (19) in Verbindung steht.
2. Dämpfungseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12, 13) am äußeren Mantel des Dämpfungsgehäuses (2) jeweils einen gestuften Ansatz (14, 15) aufweisen und daß der jeweilige gestufte Ansatz (14, 15) jeweils mit einem Befestigungsflansch (28, 37) des an ihm angeordneten Ventileinsatzes (18, 19) korrespondiert.
3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12, 13), die Ansätze (14, 15) und die jeweiligen Befestigungsflansche (28, 37) kreisförmig und mit jeweils identischen Abmessungen ausgebildet sind, derart, daß identische Ventileinsätze (18, 19) befestigbar sind.
4. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Befestigungsmittel, vorzugsweise radial von außen in das Dämpfungsgehäuse (2) einschraubbare Befestigungsschrauben (38, 39, 40, 41), jeweils der Befestigungsflansch (28, 37) des Ventileinsatzes (18, 19) gegen den Ansatz (14, 15) am Dämpfungsgehäuse (2) drückbar und fixierbar ist, derart, daß eine form- und kraftschlüssige abdichtende Befestigung der Ventileinsätze (18, 19) am Dämpfungsgehäuse (2) erfolgt.
5. Ventileinsatz zur Verwendung in einer Dämpfungseinrichtung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß im Inneren ein Zylinder (20, 29) vorgesehen ist, in dem ein Hohlkolben (21, 30) geführt ist,
daß der Hohlkolben (21, 30) an einer Seite eine Dichtungsfläche (22, 31) aufweist, die mit einer Dichtungsfläche (24, 33) am Gehäuse des Ventileinsatzes (18, 19) korrespondiert,
daß der Hohlkolben (21, 30) sich im Inneren gegen eine Druckfeder (25, 34) abstützt, die sich ihrerseits wiederum an der der Dichtungsfläche (24, 33) abgewandten Seite am Gehäuse abstützt, derart, daß im Ruhezustand der Hohlkolben (21, 30) den Ventileinsatz (18, 19) verschließt
und daß an beiden Seiten des Ventileinsatzes (18, 19) jeweils ein identischer Befestigungsflansch (28, 45; 37, 44) angeordnet ist, derart, daß der Ventileinsatz (18, 19) wahlweise an beiden Seiten mit dem Dämpfungsgehäuse (2) in Verbindung bringbar und an ihm befestigbar ist, derart, daß somit wahlweise der Hohlkolben (21, 30) gegen die Kraft der Druckfeder (25, 34) nach innen oder nach außen drückbar ist.
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