DE2230307C3 - Druckgasbetätigter Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgas-Antrieb für Leistungsschalter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Leistungsschauen! mit Druckgaslöschung wird iaem Schaltvorgang das komprimierte Löschgas der aus einem Druckgas-Behälter dem Lichtbo- >führt oder das Löschgas wird durch die Ausjewegung des mit einem Kolben verbundenen koataktes komprimiert und über eine Düse auf sich bildenden lichtbogen geblasen. Im letzteren beginnt die Kompression des Löschgases annä-JjJieichzeitig mit dem Kontakttrennvorgang. Die ι Ausschalten und zur Gaskompression notwendige Jt liegt bei einem Schalter für z. B. 168 kV der Gröinung von 61, wobei der relativ lange Hub des eas-Kolbens bei etwa 100 bis 200 mm liegt, sich ι je nach der vorbestimmten Stromaufnahme des ers ändern kann. Da der Trennkontakt und der jSscfogas-Kolben in der Regel an einer gemeinsamen litaugungsstange befestigt sind, ist der Kompressions- > des Kolbens gleich dem Kontakttrennabstand, so J letzterer im Vergleich zu anderen Leutungsschal-Tö-n relativ groß ist. .. .

Aufgabe der Erfindung ist es, einen druckgasbetatigten Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter zu «Waffen der den einen großen Kontakt-Trennabstand aufweisenden Unterbrecherteil mit großer Kraft und hoher Geschwindigkeit betätigt, zum Auslösen eines Schaltvorganges nur eine geringe Steuerenergie erfordert und der einen geringen Eigenverbrauch an Druck-

n.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs genannten Merkmale. Durch die schwimmende Anordnung des Ventilsitzes gegenüber dem Unterbrecher Kolben wird erreicht, daß zum Auslösen eines Unterbrechervorganges nur der relativ kleine und leichte Ventilsitz verschoben werden muß, um die gesamte Druckfläche des Kolbens mit Druckmittel ru beaufschlagen. Das auf der gemeinsamen Kolbenstange verschiebbare Steuerglied hat die Aufgabe, die Druckmittelzufuhr zum Kolben in einem gewissen Zeitpunkt während des Schaltvorganges zu sperren, um die Menge an im Ventilgehäuse bzw. in der Zylinderkammer eingeschlossenem Druckgas zu begrenzen und dadurch den Eigenverbrauch zu verring n. Durch die verschiebbare Anordnung des Steuerglicdes auf der Kolbenstange wird weiter der Vorteil erreicht, daß die Druckgaszufuhr in das Ventilgehäuse gesperrt oder gedrosselt wird, bevor der Kolben seinen Maximalhub ausgeführt hat, so daß der Kolben und das mit diesem zusammenwirkende Betätigungsgestänge für den Trennkontakt durch geringe Kräfte abgebremst werden kann, bevor der Kolben seine Endstellung erreicht hat.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Aus der DT-PS 404 381 ist bereits ein Druckmittelantrieb für Schaltapparate bekannt, der einen dem Schal'.-kolben entgegengesetzt wirkenden Rückstellkolben von kleinerem Durchmesser besitzt. Die Druckmittelzufuhr zu dem Schaltkolben und somit die Schaltvorgänge werden durch ein elektrisch oder mechanisch verstellbares Ventil gesteuert, über welches die größere Druckfläche zur Erzielung einer Differenzkraft mit Druckmitteln beaufschlagt werden kann. An einer beide Kolben verbindenden Kolbenstange ist ein Hebelmechanismus angelenkt, der bei jeder Bewegung der Kolbenstange auf ein Zahnklinkenrad einwirkt und die- <>i ses zur Betätigung eines von mehreren Schaltern um einen bestimmten Winkelbetrag verdreht. In der dem Rückstellkolben ständig beaufschlagenden Leitung ist eine Drosselstelle vorgesehen, die die Bewegung der Kolbenstange und damit die Schallgeschwindigkeit begrenzt Die für Leistungsschalter erforderlichen kurzen Schaltzeiten und großen Trennabsiände können mit diesem Druckmittelantrieb nicht erreicht werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen DrucVgasantriebes an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines L^istungsschalters gemäß der Erfindung,

F i g. 2a und 2b Längsschnitte des Druckgasantriebes gtmäß der Erfindung,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den der F i g. 2a entsprechenden Teil des Antriebes in geänderter Ausführung,
F i g. 4 den der F i g. 2b entsprechenden Antriebsieil in anderer Ausführung,

F i g. 5 eine teilgeschnittene Ansicht des im Leistungsschalter nach F i g. 1 verwendeten elektromagnetischen Ventils,

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl in F i g. 5. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Druckgas-Leistungsschalter ragen ein Paar rohrförmige Porzellanisolatoren 2 und 3 von einem geerdeten Druckluftbehälier 1 nach oben, die je einen Unterbrecher 4 bzw. 5 auf einem hohen Potential tragen. Die Isolatoren 2 und 3 dienen zur elektrischen Isolierung der Unterbrecherteile 4 und 5 gegenüber dem geerdeten Behälter 1. Zwei Paare von Durchführungen 6a. 66 und 7 a, Tb stellen eine Stromschiene durch die Unterbrecherteile 4 und 5 dar. Die Unterbrecherteile 4 und 5 können den Stromkreis jeweils an zwei Punkten unterbrechen. Um die Unterbrecherkapazität an den vier Unterbrechungspunkten auszugleichen, sind Spannungsteilungskondensatoren 8a, 8b, 9a und 9b parallel zu den vier Unterbrechungspunkten der Unterbrecherteile 4 und 5, die in Reihe geschaltet sind, angeordnet. Bei einem Leistungsschalter, der mit hoher Spannung arbeitet, wird häufig jedem Unterbrechungspunkt ein Schließ- oder Unterbrechungswiderstand zugefügt. Jedoch sind bei den Ausführungen nach F i g. 1 diese Widerstände nicht verwendet.

Der Leistungsschalter ist auf einer Basis 10 befestigt, die den geerdeten Behälter 1 abstützt und die mit den Unterbrecherteilern 4 und 5 durch eine Mehrzahl von Abspannisolatoren 11a, 11b, 12a und 12b so fest verbunden ist, daß die Unterbrecherteile 4 und 5 nicht herunterfallen können.

Die im Behälter 1 enthaltenen Betätigungsorgane werden im einzelnen an Hand der F i g. 2a und 2b beschrieben. Ein Ventilgehäuse 21 schließt an ein axiales Ende des Behälters 1 an (F i g. 2a). Die Stirnwand des anderen Behälterendes ist zu einem ins Behälterinnere geführten rohrförmigen Ventilgehäuse 22 ausgebildet (F i g. 2b). Ein Unterbrecherkolben 23 vom Durchmesser A ist im Ventilgehäuse 21 und ein Kolben 24 zum Aufbringen der Schließkraft von gegenüber A kleinerem Durchmesser B ist im Ventilgehäuse 22 gleitend geführt. Beide Kolben 23 und 24 sind durch eine Betätigungsstange 25 verbunden. Ein Druckmittel, z. B. Druckluft, wirkt gleichzeitig auf beide Kolben 23 und 24, so daß eine Differenzkraft vorhanden ist.

Am Kolben 23 ist eine Dichtung 26 vorgesehen, deren Durchmesser C kleiner als der Durchmesser B ist. Eine im Venti'gehäuse 21 verschiebbare Hülse bildet einen ringförmigen Ventilsitz 27, der an der Dichtung 26 anliegt und sich von ihr lösen kann und zur Begrenzung der wirksamen Druckfläche des Kolbens 23 dient.

Wenn der Ventilsitz 27 am Ventilkolben 23 anliegt, definiert der Durchmesser Cder Dichtung 26 die wirksame Druckfläche des Kolbens 23. Wird der radial äußere Teil des Kolbens 23 entlastet, wie unten im einzelnen beschrieben wird, ergibt sich eine zweite Differenzkraft zwischen dem Kolben 23 und dem Kolben 24 auf Grund der unterschiedlichen Durchmesser B und C Jede der Differenzkräfte führt wahlweise zum Antrieb der Betätigungsstange 25 nach rechts oder links (F ig. 2a).

Der den Unterbrecherteil 4 abstützende Isolator 2 ist an seinem unteren Endteil an einem Flansch la des Behälters I über eine kapsel 28 befestigt, die in das Behältennnere hineinreicht und mit dem hohlen Isolator 2, dem Gehäuse des Unterbrecherteils 4 und den Durchführungen 6a und 66 ein geschlossenes Gefäß bit det. Das Innere dieses geschlossenen Gefäßes ist mit gasförmigem Schwefelhexafluorid (SFb) gefüllt das stärker elektrisch isoliert und bessere Lichtbogenlöscheigenschaften als Druckluft besitzt. Der Unterbrecherteil 4 ist mit der gemeinsamen Kolbenstange 25 über eine Betätigungsstange 29 aus einem elektrischen !so lierstoff im Isolator 2 und einen Hebel 30 verbunden. der abgedichtet an der Betätigungsstange 29 angelenkt ist. Der Unterbrecher 4 kann somit durch Bewegen der Kolbenstange 25 in der einen oder anderen Richtung betätigt werden.

Der Ventilsitz 27 ist mit zwei Bunden 27a und 276 an der inneren bzw. äußeren Umfangsfläche versehen. Eine Feder 31 ist zwischen einem Flanschteil des Ventilgehäuses 21 und dem inneren Bund 27a des Ventilsitzes 27 so eingespannt daß sie normalerweise den Ventilsitz 27 an den Kolben 21 drückt. Der äußere Bund 276 des Ventilsitzes 27 gleitet gasdicht an der Innenwand des Ventilgehäuses 21 und wirkt als Kolben.

Der von der Innenwand des Vcntilgchäuscs 21 und der Außenumfangsfläche des Ventilsitzes 27 definierte Raum ist durch den äußeren Bund 276 in zwei Kammern λ und β unterteilt Druckluft kann aus dem Behälter 1 in die Kammern α und β durch entsprechende Einlaßkanäle 33 und 32 im Ventilsitz 27 strömen. Die dem Kolben 24 nähere Kammer & steht durch einen Verbindungskanal 34 mit der Steuereinrichtung 13 in Verbindung. Eine Kammer γ zwischen den Innen- und Endwänden des Ventilgehäuses 21 und der äußeren (in F i g. 2a) Druckfläche des Kolbens 23 steht in ähnlicher Weise mit der Steuereinrichtung 13 durch einen Ver bmdungskanal 35 in Verbindung.

An der Kolbenstange 25 sind zwei Anschläge 36 und 37 nahe am Kolben 23 vorgesehen, die den Verschiebeweg eines anf der Kolbenstange 25 verschiebbaren VemiltcJlers 38 begrenzen, welcher ein Überströmen der Drocktorft aas dem Behälter 1 in den Raum im Ventilsitz 27 sperrt und zaläGt.

Im Betrieb ist der Behälter I mit Druckluft von 15 bis 30 at gefüllt, die auf die Kolben 23 und 24 einwirkt. In dem Ri F i g. 2a gezeigten Zustand wird der Ventilsitz 27 durch die Kraft der Feder 31 gegen die Dichtung 26 am Kolben 23 gedreckt da die Kammern λ und β unter einem gleichen Druck stehen Da auf die radiale Außenfläche des Kolbens 23 and auch auf die Außen flache des Kolbens 24 normalerweise Atmosphärendreck einwirkt, ergibt sich die zweite Differenziatkraft zwischen den beiden Kolben 23 und 24. und das Betätigtmgssystem ist in der Schließstellung.

Beim Zufahren eines I Interbrechungsimpulses wird die Kammer λ über den Verbindungskanal 34 unter Wirkung eines elektromagnetischen Unterbrecher- Ventils (das unten im Zusammenhang mit F i g. 5 und 6 beschrieben wird) in der Steuereinrichtung 13 entlüftet. Da unterschiedlich hohe Drücke in den Kammern λ und β auf den äußeren Bund 276 wirken, wird der Ven tilsitz 27 gegen die Kraft der Feder 31 (F i g. 2a) nach rechts getrieben, um sich von der Dichtung 26 abzuheben. Infolgedessen wirkt nun die Druckluft des Behälters 1 auf die gesamte Kolbenfläche 23 und erzeugt dadurch die erste Differenzkrafi zwischen den Kolben

ίο 23 und 24. Die auf dem Kolben 23 wirkende Kraft verschiebt die Kolbenstange 25 und den Kolben 24 schnell in der Unterbrechungsrichtung, d. h. in F i g. 2a und 2b nach links. Durch diese Kolbenstangen-Bewegung wird der bewegliche Kontakt im Unterbrecher 4 bzw. 5 über die Stange 29 und den Hebel 30 von den stationären Kontakten getrennt, wobei zwischen beiden Kontakten ein Lichtbogen auftritt, der durch eine geeignete Löscheinrichtung zum Unterbrechen des Stromkreises am Nullstrompunkt gelöscht wird. Diese Löseheinrich tung kann aus einem mit Löschgas gefüllten Zylinder bestehen, dessen mit der Betätigungsstange 29 verbundener Kolben bei einem Trennvorgang das Gas komprimiert und gegen den Lichtbogen bläst. Je größer der Unterschied zwischen den Durchmessern A und B ist.

um so größer ist die auf die beiden Kolben 23 und 24 wirkende Differenzkraft und um so schneller ist die Bewegung der gemeinsamen Kolbenstange 25 in Unterbrechungsnch tung.

Der Ventilteller 38 ist bei der Bewegung der Kolben-

stange 25 zwischen den Anschlägen 36 und 37 frei beweglich. In dem in I ig. 2a dargestellten Zustand befinden sich alle Elemente in Schließstellung und der Anschlag 37 ist im Eingriff mit dem Ventilteller 38. Die schnelle Bewegung der Kolbenstange 25 in Umerbre chungsrichtung verursacht ein Trägheitsmoment am Ventilteller 38. das diesen annähernd stationär hält, so daß er eine Gleitbewegung relativ zur Kolbenstange 25 ausführt und sich dabei zum Anschlag 36 hin bewegt. Der Ventilteller 38 wird jedoch durch seine Reibung an der Kolbenstange 25 langsam in Unterbrechungsrichtung bewegt und legt sich an einen Ventilsitz 21a im Gehäuse 21 an. bevor die Betätigungsstange 25 völlig in die Unterbrechungsrichtung verschoben ist. Er sperrt die Zufuhr der vom Behälter 1 in den Raum im Ventil sitz 27 strömenden Druckluft. Schließlich erfolgt eine Anlage des Ventiltellers 38 an dem Anschlag 36. wodurch ein vollständiges Unterbrechen der Strömung erreicht und die weitere Bewegung der Kolbenstange 25 in Unterbrechungsrichtung gestoppt wird. Es ist er wünscht, daß der Ventilteller 38 vorher am Ventilsitz 21a anliegt und so die Strömung mm Kolben 23 in einer Phase innerhalb des gesamten Bewegungshubs des Kolbens 23 gesperrt wird Das Sperren der Druck luftzufuhr bereits bei einer mittleren Stellung des KoI-bens ist insofern vorteilhaft, weil nur ein relativ schwa ches Bremsmittel vorgesehen werden muß. das ledig Hch die Trägheit des Kolbens 23. der Kolbenstange 25 und der anderen Flemente im Betätigungssystem zu überwinden braucht

to Der Ventilsitz 27 kommt vom Kolben 23 frei, wenn die Kolbenslange 25 in der Unterbrechungsrichtung getrieben wird. Beim folgenden Schließen des (später beschriebenen) elektromagnetischen Unterbrechungsventils der Steuereinheit 13 wird Druckluft wieder in t* die Kammer * und den Verbindungskanal 34 durch die Bohrung 33 eingelassen, bis schließlich die Kraft der Feder 11 größer als der Differenzdruck der Druckluft Kt die auf den äußeren Bund 276 einwirkt Dann

der Ventilsitz 27 zum Kolben 23 getrieben, so daß er der Bewegung des Kolbens folgt. Diese Bewegung des Ventilsitzes 27 wird durch die Anlage des Bundes 27 b an einen Ringflansch 21b des Gehäuses 21 begrenzt, so daß in der Unterbrechungsstellung der Ventilsitz 27 nicht an der Dichtung 26 anliegt, sondern in einem Abstand vom Kolben 23 schwimmend gehalten wird.

Der Verbindungskanal 35 mündet in die Kammer γ mitten zwischen den beiden äußersten Stellurlgen des Kolbens 23. Eine solche Einmündung des Verbindungskanals 35 wird deshalb bevorzugt, weil, wenn sich der Ventilsitz 27 von der Dichtung 26 löst. Druckluft auf die gesamte Fläche des Kolbens 23 wirkt, ohne daß sie in den Verbindungskanal 35 einströmt, wodurch die erste Differenzkraft schnell erreicht und der Kolben 23 schnell in die Unterbrechungsrichtung gelrieben wird Während der Kolbenbewegung strömt Druckluft auch in den Verbindungskanal 35, und der auf den Kolben 23 wirkende Druck verringert sich, wodurch ein zuverlässiges Unterbrechen der Druckluftzufuhr durch den Ventilteller 38 gesichert und wirksam die Ablagerung am Bremswirkungsmittel verringert wird.

In der Unterbrechungsstellung sperrt der Ventilteller 38 die Zufuhr von Druckluft aus dem Behälter 1 in das Ventilgehäuse 21. und die Verbindungskanäle 34 und 35 sind durch das elektromagnetische Ventil in der Steuereinheit völlig geschlossen. So steht das Ventilgehäuse 21 unter dem gleichen Druck wie der Behälter 1.

Bei Erhalt eines Schließimpulses wird ein elektro magnetisches Schließventil (das an Hand von F i g. 5 und 6 beschrieben wird) in der Steuereinheit betätigt, um die Kammer γ zu entlüften. Infolgedessen verschwindet die auf dem Kolben 23 einwirkende Kraft und die erste Differenzkraft wird aufgehoben. Die Kolbenstange 25 bewegt sich durch die auf den Kolben 24 einwirkende Kraft in Schließrichtung oder nach rechts, und der bewegliche Kontakt wird von der Kolbenstange 29 und das Hebelglied 30 in Schließrichtung verschoben.

Hierbei wird der Ventilteller 38 durch die Druckdifferenz in der entlüfteten Kammer γ und im Behälter 1 in Anlage an dem Ventilsit/ 21a gehalten, obwohl er dazu neigt, sich zusammen mit der Kolbenstange 25 durch die Reibung zwischen beiden Teilen in Schließrichtung zu bewegen. Wenn schließlich der Ventilteller 38 am Anschlag 37 anliegt, wird er zwangsweise vom Ventilsitz 21a getrennt. Die schwimmende Stellung des Ventilsitzes 27 in der Unterbrechungsstellung des Betätigungssystems ist so gewählt, daß der Sitz 27 in Anlage an die Dichtung 26 kommt, bevor der Ventilteller 38 vom Ventilsit/ 21« gelöst ist. Daher wird beim Schließen nur eine begrenzte Menge Druckluft durch den Verbindungskanal 35 an die Atmosphäre abgegeben. Nur die Druckluft aus dem vom geschlossenen Ventil teller 38 brs zur Kammer γ reichenden Raum ström« als Abluft ab. Wenn sich der Kolben 23 in Schlicßrichtung bis über die Mündung des Verbindungskanab 35 hinaus bewegt hat. ist das Abströmen von Druckluft durch den Verbindungskanal 35 abgeschlossen und die Dichtung 26 gelangt in Anlage an den Ventilsitz 27. wobei schließlich der Ventilteller 38 vom Ventilsitz 21a frei kommt. So ist die Kombination für die zweite Diffe renzkraft bereits /u der Zeit eingestellt, wo der Ventil teller 38 vom Ventilsitz 21a freikam und die Druckluft zufuhr vom BehaUcr 1 zum Kolben 23 wieder geöffnet wurde. Obwohl der Druck auf den Kolben 23 einwirkt, erhöht er wesentlich die /weite Diffcienzkraft. und es tritt kein Obergang zur ersten Differenz kraft auf.

Der bewegliche Ventilsitz braucht somit nicht dem ganzen Hub des Kolbens 23 in Unterbrechungslichtung zu folgen, sondern muß sich nur über einen kurzen Weg relativ zum Kolben 23 bewegen, um in der schwimmenden Stellung zu bleiben, so daß er sich auf einen Schließimpuls in Schließriehtung bewegen kann. Daher kann der Ventilsitz klein ausgebildet sein, so daß auch die zum Verschieben des Ventilsitzes, d. h. die zum Unlerbrechungsvorgang erforderliche Energie gering ist und die Unterbrechung schnell und zuverlässig erfolgt.

Bei der in F 1 g. 2a dargestellten Ausführung wird der Betrieb des Ventiltellers 38 im wesentlichen durch die Anschläge 36 und 37 geregelt. Die in F i g. 3 dargestellte Abwandlung unterscheidet sich von dem Aufbau nach F i g. 2a dadurch, daß sie einen Ventilschieber 40 umfaßt, der mit dem Kolben 23 zusammenwirkt und die Druckluftzufuhr zum Kolben 23 sperrt oder sich mit dem Kolben 23 auf der Kolbenstange 25 bewegt. Der Ventilschieber 40 besteht aus einem Teller 40a, der lösbar in einer Ausnehmung im Kolben 23 aufgenommen ist, einem Widerlagerteil 40b. der während des Unterbrechungsvorganges an einem Ringflansch 21c des Gehäuses 21 anhegt, und einer Hülse 40c, die den Teller 40a mit dem Widerlagerteil 406 verbindet und konzentrisch um die Kolbenstange 25 angeordnet ist. Der Ventilsitz 27 kann sich an die Dichtung 26 anlegen, die am Teller 40a vorgesehen ist, so daß die Druckfläche des Kolbens 23 durch den Ventilsitz 27 mittels des Tellers 40a des Ventilschiebers 40 begrenzt werden kann.

Auf einen Unterbrechungsimpuls löst sich der Ventilsitz 27 von der Dichtung 26 und der Steuerschieber 40 wird zusammen mit dem Kolben 23 durch das Druckmittel in Unterbrechungsrichtung bzw. in F i g. 3 nach links getrieben, bis der Steuerschieber 40 an einer weiteren Bewegung durch Anlage seines Widerlagerteils 40b am Flanschteil 21c gehindert wird. In dieser Stellung strömt ständig und allmählich Druckluft durch eine im Widerlagerteil 40b ausgebildete Bohrung 41 in das Gehäuse 21. So wird der Kolben 23 ständig in Unterbrechungsrichtung getrieben, auch nachdem der Steuerschieber 40 seine Bewegung beendet hat.

Der Kolben 23 wird jedoch auf Grund der Drosselung in der Bohrung 41 nicht übermäßig beschleunigt, so daß sich das Betätigungssystem mehr durch sein Trägheitsmoment weiter bewegt, bis es in der Unter brechungsstellung angehalten wird. Der Ventilsitz 27 wird durch die Feder 31 mit einer geringen Verzögerung relativ zur Bewegung des Kolbens 23 angetrieben bis er in gasdichte Anlage an die Dichtung 26 gelangt Der an der Dichtung 26 anliegende Ventilsitz 27 kan sich nicht noch weiter bewegen und der Bewegung d Kolbens 23 folgen, sondern wird in einem Abstand v< Kolben in einer Srhwimmsteflung gehalten, so daß e sich bei einem Schließimpuls in Schlicßrichtung bewe gen kann.

Auf einen Schließimpuls wird die Kammer j· durc Ansprechen des elektromagnetischen Schließventil Ober den Vcrbindungskanal 35 entlüftet und die erst Differen/kraft damit aufgehoben, so daß der Kolben 2 beginnt sich in Schließriehtung oder nach rechts F i g. J /u bewegen. Da der Ventilsitz 27 am Steu schieber 40 anliegt und die Druckluftzufuhr zum K ben 23 an diesem Teil gesperrt ist. wird nur eine grenzte Luftmenge abgelassen, und zwar nur die Me gc. die sich dann im Bereich zwischen dem Steuerseh bcr 40 und dem Kolben 23 in der Unterbrechungsst lung befinde«. Die Druckluft aus dem im Bereich ζ sehen dem Steuerschieber 40 in dieser Stellung ui

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dem Ringflansch 21c wird nicht aus dem Gehäuse 21 abgelassen. Durch den sich ergebenden Druckunterschied wird daher die erste Differenzkraft schnell aufgehoben und unverzüglich der Schließvorgang begonnen. Anschließend wird der Kolben 23 zusammen mit dem Steuerschieber 40 in die in F i g. 3 dargestellte Schließstellung bewegt.

Es sei angenommen, daß ein Unterbrechungsimpuls auf Grund freier Auslösung nach dem Schließvorgang zur Bewegung des Kolbens 23 zur Schließstellung zu geführt wird. Da Druckluft durch die Bohrung 41 ständig zum Ventilteller 40a auch in der Unterbrechungsstellung zugeführt wird, wirkt sie unverzüglich auf die gesamte Fläche des Kolbens 23 ein, sobald der Ventilsitz 27 vom Ventilteller 40a des Steuerschiebers 40 frei gekommen ist. Dadurch beginnt sich der Schieber 23 in Unterbrechungsrichtung zu bewegen.

Wenn freies Auslösen während des Schlieüvorganges erfolgt, kann der Steuerschieber 40 eine Zwischenstellung zwischen der Unterbrechungsstellung und der Schließstellung in F i g. 3 einnehmen. Da jedoch das Ventilgehäuse 21 mit Druckluft gefüllt ist und keine Differenzkraft auf den Steuerschieber 40 in der Unterbrechungsstellung einwirkt, folgt der Ventilsitz 27 der Bewegung des Kolbens 23, und der Steuerschieber 40 wird durch die Kraft der Feder 31 in eine Stellung getrieben, in der er auf einen anschließenden Schließimpuls ansprechen kann. Somit ist der Schließ- und Auslösevorgang auch bei der Ausführung nach F i g. 3 sehr schnell und sicher durchzuführen.

Der in Fig. 2b dargestellte Ventilkolben 24 zum Aufbringen der Schließkraft kann auch durch eine Feder od. dgl. ersetzt werden, die auf die Kolbenstange 25 in Schließrichtung einwirkt.

Fig.4 zeigt eine Abwandlung des Ventilkolbens 24 nach F i g. 2b. der normalerweise die gemeinsame Kolbenstange 25 in Schließrichtung belastet, indem er vom Druck im Behälter 1 beaufschlagt wird. Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführung wird ein Ventilorgan verwendet, das aus zwei Ventilelementen besteht, so daß eine Kraft in Schließrichtung auf die Kolbenstange 25 nur einwirkt, wenn das Betätigungssystem in der Unterbrechungs- oder Schließstellung steht, so daß für eine geeignete Zeitdauer während des Unterbrechungs- oder Schließvorgangs keine Kraft auf die KoI benstange 25 einwirkt.

Nach F i g. 4 bildet das innere Ende des Ventilgehäuses 22 eine ι Ventilsitz 50. und ein Ventilelement 52 mit einer Dichtung 51 ist auf der Kolbenstange 25 so montiert, daß der Ventilsitz 50 in Anlage an eine Dichtung SI kommen kann. Ein schwimmend auf der Kolbenstange gelagerter Ventilsitz 53 ist gasdicht zwischen Zwei Innenflansche 22a und 22f> des Ventiigehäuses 22 angeordnet. Dieser »schwimmende« Ventilsitz 53 ist durch eine Feder 54 normalerweise zum Flansch 22b hin vorgespannt. Ein Ventilglied 56 ist am Ende der Kolbenstange 25 montiert und kann bei einer Kolben-Stangenbewegung eine öffnung 55 im beweglichen Ventilsitz 53 verschließen. Der Behälterdruck wirkt so auf den beweglichen Ventilsitz 53, wenn die öffnung 55 durch das Ventilglied 56 geschlossen ist. Der bewegliche Ventilsitz 53 ist mit einem O-Ring 58 am Außenumfang und einer Dichtung 57 an seiner äußeren Stirnseite versehen.

In Fig.4 ist das Ventilorgan in der Schließstellung wie in F ι g. 2b dargestellt. Das Vcntilelemcnt 52 ist in Anlage am Ventilsitz 50, und die zweite Differen/krafi wirkt zwischen dem Ventilclement 52 und dem in den F i g. 2a oder 3 gezeigten Ventilkolben 23.

Auf einen Unterbrechungsimpuls löst sich der Ventilsitz 27 vom Kolben 23 und der Druck wirkt auf die gesamte Kolbenfläche, wodurch die zweite Differenzkraft aufgehoben und die erste Differenzkraft zwischen dem Kolben 23 und dem Ventilelement 52 geschaffen wird. So wird das Ventilelement 52 durch die Kolbenstange 25 in Unterbrechungsrichtung oder nach links in Fig.4 getrieben. Die Abdichtung zwischen der Dichtung 51 und dem Ventilsitz 50 wird aufgehoben und Druckluft strömt durch den Spalt zwischen dem Ventilelement 52 und dem Ventilsitz 50 und über den Flansch 22a und wirkt auf den beweglichen Ventilsitz 53, wobei ein Teil durch die öffnung 55 an die Atmosphäre abgegeben wird. Mit der Bewegung der Kolbenstange 25 in der Unterbrechungsrichtung gelangt das Ventilglied 56 in Anlage an die Dichtung 57 und schließt die Öffnung 55 völlig ab, so daß nun der Ventilsitz 53 dem vollen Druck im Behälter 1 ausgesetzt ist. Danach kommen

der bewegliche Ventilsitz 53 und der Flansch 22a in Anlage und die Kolbenstange 25 wird dadurch angehalten.

Beim vorstehend beschriebenen Unterbrechungsvorgang wirkt der Druck nicht auf das Ventilglied 56, bis

dieses in Anlage an der Ventilsitzdichtung 57 ist, um eine Abdichtung beizubehalten, nachdem die Dichtung 51 am Ventilelement 52 vom Ventilsitz 50 freigekommen ist. So tritt während des Unterbrechungsvorgangs keine Kraft auf, die die Kolbenstange 25 in Schließrich-

jo tung vorspannen kann. Daher kann der Kolben 23 den Unterbrechungsvorgang ohne Behinderung durchführen. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Kolbenstange 25 schnell weit in Unterbrechungsrichtung getrieber werden kann und soll und der Durchmesser A des KoI-bens 23 sowie daher auch das Ventilgehäuse 21 erheblich verkleinert werden können, um die erforderliche Kontakttrenngeschwindigkeit zu beherrschen.

Bei einem Schließimpuls wird der Kolben 23 entlastet und die erste Differenzkraft zwischen dem Kolben 23 und dem Ventilsitz 53 aufgehoben. Der bewegliche Ventilsitz 53 wird dadurch in Schließrichtung verschoben, wobei er das Ventilglied 56 und damit die Kolbenstange 25 in Schlicßrichtung drückt, bis er sich an der Flansch 226 anlegt. Während dieser Bewegung fuhri

der Ventilsitz 53 das Trägheitsmoment dem Beiäti gungssystem zu, so daß dieses mit der Kolbenstange 25 zur Schließstellung nach F i g. 4 zurückgeführt wird Auf Grund der Abdichtung zwischen dem Ventilsitz 5C und der Dichtung 51 wirkt der Druck auf die gesamt*

Fläche des Ventilelements 52 ein. wodurch das Betäti gungssystem verläßlich in der Schließstellung gehaUer wird

Während des vorstehend beschriebenen Schließvor gangs wirkt keine Schließkraft mehr auf das Betäii

*>5 gungssystem ein. wenn der bewegliche Ventilsitz 53 äff Flanschteil 22b anliegt, und das die Kolbenstange Z umfassende Betätigungssystem bewegt sich durch da! Trägheiiselement in Schließstellung weiter. Dahei wirkt also die Schlicßkraft in der Schlußphase de

<» Schließvorgangs nicht auf das Beiätigungssystem ein und ein Bremsorgan von sehr geringer Auslegung ge nügt zum Anhalten der Bewegung des Betätigungssy stems in der Schließrichtung.

Die I-uftmenge. die während des Unterbrechung*

*5 bzw. Schließvorgangs durch die öffnung 55 an die At

mwsphäre abgegeben wird, läßt sich durch Verringe

rung der QiierschnittsPäche der öffnung 55 reduzieren

Die F i g. 5 und 6 zeigen eine Aii^fiihnino des elck

tromagnetischen Ventils in der Steuerrichtung 13. Es sind zwei elektromagnetische Ventile vorgesehen, um den Schließvorgang bzw. den Unterbrechungsvorgang zu beherrschen. Das elektromagnetische Unterbrechungsventil steht in Verbindung mit dem Kanal 34 des in F i g. 2a oder 3 gezeigten Ventilgehäuses 21 und das Schließventil in Verbindung mit dem Kanal 35.

Zwei parallele jochteile 61 und 62 sind an ihrem einen Ende mit den offenen Endteilen eines Hufeisen-Permanentmagneten 60 verbunden, deren andere Enden von einem Ventilelemenl 63 überbrückt werden. Um zwei gegenüberstehende Schenkel 61a und 62a der lochteile 61 bzw. 62 ist eine Sperr-Erregerspule 64 isoliert gewickelt. Das Ventilelement 63 ist mit einer Dichtung 65 für einen Ventilsitz 66a versehen, der an der Umfangskante eines mit dem Verbindungskanal 34 ver bundenen Strömungskanals 66 gebildet ist. Der Kanal 66 steht mit der Kammer ix in Verbindung, so daß bei geschlossenem Betätigungssystem ihm Druckluft durch die Öffnung 33 und den Verbir.dungskanal 34 zugeführt wird. Der Druck wirkt auf das Ventilelement 63 und hebt es von den lochteilen 61 und 62 ab. Jedoch hält der (in ausgezogenen Strichen dargestellte) magnetische Kraftfluß Φι des Hufeisen-Permanentmagneten 60 das Ventilelement 63 magnetisch an den Joehteilen 61 und 62, und die Dichtung 65 verhindert ein Entlüften des Verbindungskanals 66. Die Kraft einer Rückholfeder 68 zwischen dem Ventilelement 63 und einem stationären Bauteil 67 wirkt auf das Ventilelement 63 zusammen mit dem magnetischen Kraftfluß Φι ein. um das Entlüften des Kanals normalerweise zu verhindern.

Auf ein Unterbrechungssignal erzeugt die Spule 64 einen aufhebenden Kraftfluß Φ: (gestrichelt dargestellt), der dem Kraftfluß Φι in den |ochteilcn 61, 62 und dem Ventilelement 63 entgegengerichtet ist. wodurch die das Ventilelement 63 an den lochteilen 61 und 62 haltende Magnetkraft verringert wird. Der Druck im Kanal 66 bewegt das Ventilelcmcnt 63 entgegen der Kraft der Rückholfeder 68 und der abgeschwächten magnetischen Anziehungskraft von den Jochteilen 61 und 62 weg. Druckluft aus dem Verbindungskanal 66. dem Vcrbindungskanal 34 und der Kammer <x wird an die Atmosphäre abgegeben, und der Ventilsitz 27 kommt vom Kolben 23 frei. Wenn der Druck im Kanal 66 unter die Kraft der Rückholfeder 68 gesunken ist, wird das Vcntilelement 63 durch die Rückholfeder 68 zu den |ochteilcn 61 und 62 getrieben, und die Dichtung 65 gelangt wieder in Anlage an den Ventilsitz 66a. Nach dem Unterbrechungsvorgang wird dem Kanal 66 Druckluft allmählich durch die Öffnung 33 im Ventilsitz 27 und den Verbindungskanal 34 zugeführt bis der Druck im Kanal 66 gleich dem Behälter druck ist. Das Unterbrechungssignal wird der Spule 64 in Form eines Impulses zugeführt, um den Beginn des Unterbrechungsvorganges zu bestimmen. So würde. selbst wenn der Kanal 66 wieder mit Druckluft gefüllt ist, das Venlilelement 63 nicht von den Jochteilen 61 und 62 freikommen, sondern an diesen durch die Kraft des magnetischen Kraftflusses Φι und durch die Rückholfeder 68 festgehalten werden.

Die Spulenwicklungsrichtung der Sperr-Erregerspule 64 und die Polarität des Unterbrechungsbefehlsignals sind derart, daß der aufhebende Kraftfluß Φ2 der Spule 64 durch die Schenkelteile 61a und 62a in der gleichen Richtung wie der magnetische Haltefluß Φι des Permanentmagneten 60 strömt. So laufen beide Magnetflüsse Φι und Φι durch den Hufeisen-Permanentmagneten 60 in der gleichen Richtung, so daß dessen Magnetkraft in keiner Weise durch den aufhebenden Magnetfluß Φ2 verringert wird.

Bei dem Ventil nach den F i g. 5 und 6 erfolgt die Abhebebewegung des Ventilelements 63 von den Jochteilen 61 und 62 in etwa ²/iooosec nach Zuführung des Unterbrechungsimpulses zur Spule 64, und der Kanal 66 wird entlüftet, sobald das Ventilelement 63 von den lochteilen 61 und 62 sich abhebt. Dadurch wird der Ventilsitz 27 sehr schnell nach dem Auslösen des Unterbrechungssignals bewegt. Da Druckluft im Kanal 66 aus der Öffnung abgegeben wird, um das Ventilelement 63 von den Jochteilen 61 und 62 wegzudrücken, ist ferner keine Verstärkung der Unterbrechungsenergie erforderlich. So ist das elektromagnetische Ventil einfach im Aufbau und wirkt außerordentlich zuverlässig. Außerdem ist, wie F'. g. 6 zeigt, ein gasdichter Stöpsel 69 abnehmbar in das Ende des Verbindungskanals 66 eingesetzt, so daß eine Inspektion des Kanals 66 möglich ist.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele arbeiten mit Druckluft als Fluid, die auf die verschiedenen Ventilelemente einwirkt, ledoch kann bei einem Doppeldruck-Leistungsschalter, bei dem ein Druckmittel z. B. gasförmiges Schwefelhexafluorid (SFb), in den Unterbrecherteilen 4 und 5 verwendet wird, der Behälter durch ein Hochdruckgasgehäuse ersetzt werden, und an Stelle des Entlüftens kann dann Schwefelhexafluoridgas in einen Niedrigdruckgasbehalter abgeleitet werden. Weiler kann auch jedes andere Fluid untei Druck /ur Betätigung des Betätigungssystems verwendet werden, wobei dieses Fluid von dem in den Unter brcchcrteilen zum l.ichtbogenlöschen verwendeten Fluid verschieden sein kann. Weiter können der Druck oder die Eigenschaft des Druckmittels, das auf das Si gnalansprech-Ventilorgan und das Schließkraftaufj bring Ventilorgan einwirkt, abgeändert werden, ohnd den Bereich der Erfindung zu verlassen, vorausgesetzt daß die beiden Differenzkräfte zwischen beiden Ventil kolben wirksam werden. Außerdem kann das elektro magnetische Ventil irgendeinen anderen geeignete! Aufbau an Steile des Aufbaus nach F i g. 5 und 6 haben vorausgesetzt, daß sich das Fhrid unter Druck mnerhafl einer kurien Zeitdauer ableiten läßt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Druckgasbetätigter Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter mit zwei Druckzylindern, deren Kolben unterschiedliche Durchmesser (A bzw. /J) aufweisen und durch eine gemeinsame Kolbenstange verbunden sind, die über eine mechanische Obersetzung mit dem Schaltkontakt des Leistungsschalters verbunden ist, wobei der kleinere Kolben ständig mit dem Druckmittel beaufschlagt und zumindest dem größeren Kolben ein Schaltventil zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil einen gegenüber dem Kolben (23) im Ventilgehäuse (21) verschiebbaren Ventilsitz (27), der nach Lösen vom Kolben {23) der Koibenbewegung folgt und eine vom Kolben (23) getrennte Stellung einnimmt und ein auf der gemeinsamen Kolbenstange (25) verschiebbares Steuerglied (38. 40) enthält, das in seiner Schließstellung gehalten wird, bis der Kolben (23) in Anlage an den Ventilsitz (27) gebracht ist, wenn der druckgasbeaufschlagte Kolben entlastet worden ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Ventilsitz (27) einen geringeren Durchmesser (Q als der Kolben (23) hat und bei gasdichter Anlage am Kolben (23) dessen wirksame Druckfläche begrenzt.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen im mittle.en Teil der den Kolben (23) aufnehmenden Druckkammer (γ) mündenden Entlüftungskanal (35), welcher eine Verbindung zu einer Steuereinrichtung (13) herstellt.

4. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem hülsenförmig ausgebildeten und in Richtung des Kolbens (23) federbelasteten Ventilsitz (27) ein als Steuerkolben wirkender Bund (276) ausgebildet ist, der eine Zylinderausnehmung im Ventilgehäuse (1) in zwei Druckkammern (λ und ß) unterteilt, von denen die eine Kammer (λ) über einen Entlüftungskanal (34) mit der Steuereinrichtung (13) verbunden ist, und daß zu den Kammern (ä und ß) führende Bohrungen (32,33) im Ventilsitz (27) vorgesehen sind.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß die über die Kanäle p4 bzw. 35) mit den Kammern (λ bzw. γ) verbundene Steuereinrichtung (13) elektromagnetische Ventile für den Unterbrechungs- und den Schließvorgang enthält, die aus einem Verschlußglied (63), einem Permanentmagneten (60) zur Erzeugung einer Haltekraft auf das Ventilglied und aus einer Magnetspule (64) bestehen, deren im Permanentmagneten (60) gleichgerichteter Kraftfluß (Φ2) eine ^H; bekraft auf das iinen Kanal (66) sperrende Verschlußglied (63) ausübt.

6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Impuls zum Trennen der Schaltkontakte der Ventilsitz (27) sich vom Kolben (23) löst, dadurch den bisher wirksamen Kolbenflächendurchmesser (Q auf den wirksamen Durchmesser (A) vergrößert und sich der Kolben (23) zusammen mit der Kolbenstange (25) unter folgender Mitnahme des Ventilsitzes (27)

in die Unterbrecherstellung verschiebt. f>s

7. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Kolbenstange (25) verschiebbare Steuerglied ein von zwei Anschlägen (36. 37) geführter Ventilteller (38) ist, der mit einem Ventilsitz (21a) zusammenwirkt und bei einem Unterbrechervorgang die Druckgaszufuhr zum Kolben (23) sperrt bevor der Kolben (23) seinen Maximalhub erreicht hat.

8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Zylinderkolben (21.23; 22, 24) in einem geschlossenen Druckgasbehälter (1) angeordnet sind, auf dessen Außenmantel von hohlen Isolatoren (2.3) gehaltene Unterbrecher (4, 5) angeordnet sind, und daß eine die Isolatoren durchragende, isolierende Betätigungsstange (29) für die Unterbrecher an der Kolbenstange (25) über Hebel (30) angelenkt ist

9. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Durchmesser (B) des Kolbens (24) größer ist als der Durchmesser (Q der wirksamen Druckflächen des, Kolbens (23) bei Anlage des Ventilsit/es (27), so daß die Kolbenstange (25) durch die Differenzkraft in Schließstellung gehalten wird, und daß durch Abheben des Ventilsitzes (27) sich der wirksame Durch messer (Q /um Kolbendurchmesser (A) vergrößert. so daß die Kolbenstange (25) durch die auf Grund des Flächenunterschiedes der KoJben (23 und 25) entstandene Differenzkraft in Unterbrecherstellung verschoben wird.

10. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kolben (23) ein anderes Druckgas als auf den Kolben (24) wirkt.

11. Antrieb nach einem der vorhergehenden An sprüche. dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkolben zwischen einer Hochdruckkammer und einer Niederdruckkammer geführt ist und aus Steuer- bzw. Ventilgliedern (51, 52) besteht, die in Schließ- und in Untcrbrecherstellung an entsprechenden Ventilsitzen (50. 53) in Schließrichtung gasdicht angedrückt sind, aber während einer Schaltbc wegung einen kurzzeitigen Druckausgleich zwischen der Niederdruck- und der Hochdruckkammer sicherstellen.

12. Antrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (53) gleitend auf der Kolbenstange (25) angeordnet ist und sich unter der Spannung einer Druckfeder (54) an einem Ringflansch (226) des Ventilgehäuses (22) abstützt.

13. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied ein gegenüber dem Kolben (23) und dem Ventilgehäuse (21) beweglicher Steuerschieber (40) ist. der in Schließstellung mit einem Endflansch (40a) in eine Ausnehmung im Kolben (23) eingreift und dessen mit dem Sitz (21c) zusammenwirkenden Steuerteller (406) eine Bohrung (41) eingearbeitet ist.

14. Antrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerteller (406) des von der Kolbenstange (25) gleitend mitgenommenen Schiebers (40) in Anlage an den Sitz (21c) gelangt, bevor der Kolben (23) seine Unterbrecherstellung erreicht hai.