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Betätigungsvorrichtung für einen Trennschalter Die Erfindung betrifft
Betätigungsvorrichtungen für Trennschalter, und insbesondere Verbesserungen bei
einer Betätigungsvorrichtung, bei der ein Fluid als Mittel zur Aufbringung einer
Stellkraft zur Betätigung des Trennschalters benutzt ird.
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Die Anwendung extrem hoher Spannungen und die Zunahme des Leistungsvermögens
eines Hochleistungsübertragungsnetzes in den vergangenen Jahren haben den Einsatz
von Leistungsschaltern erforderlich gemacht, die eine hohe Nennspannung und hohe
Schaltleistung haben. Ein solcher Leistungsschalter muß einen Strom mit sehr hohem
Wert abschalten. Daher ist es erforderlich, die Kontakte des Leistungsschalters
mit hoher Geschwindigkeit zu trennen, um die dynamische Stabilität während der Unterbrechung
des Netzes zu verbessern.
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Luftdruckschalter, SF6-Doppeldruckgasschalter und Blastrennschalter
sind allgemein bekannt. Bei jedem dieser bekannten Leistungsschalter nimmt die Arbeitszeit
des Stellmotors zum Wegbewegen des beweglichen Kontakts vom stationären Kontakt
im Leisturigsschalter einen verhältnismäßig großen Anteil der zur Unterbrechung
des Netzes erforderlichen Zeit ein. Es ist daher wünschenswert, daß der Stellmotor
mit größtmöglicher Geschwindigkeit arbeiten kann, damit eine befriedigende Ausschaltcharakteristik
erhalten wird.
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Ein horkömmlicher Stellmotor für einen Leistungsschalter ist so aufgebaut,
daß ein Kolben bewegbar in einem stationären Zylinder angeordnet ist, wobei dieser
Kolben funktional mit dem beweglichen Kontakt im Leistungsschalter verbunden ist.
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Während der Unterbrechung des Netzes bzw. des Trennens der Kontakte
wird ein unter Druck stehendes Fluid, beispielsweise Druckluft, dem Kolben zugeführt,
damit sich der Kolben im Zylinder gleitend bewegt. Diese-Bewegung des Kolbens wird
auf den beweglichen Kontakt übertragen, damit der bewegliche Kontakt vom stationären
Kontakt weggezogen wird, wodurch der Ausschaltvorgang bewirkt wird.
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Ein solcher herkömmlicher Stellmotor ist mit einer Steuerventileinrichtung,
die aus einem Fluidzufuhrventil zur Steuerung der Strömung des unter Druck stehenden
Fluids zum Kolben und einer Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung dieses Ventils
durch das Fluid besteht, und einem Speicherkessel für das unter Druck stehende Fluid
versehen, das die Kraft liefert, die zur Verursachung der gleitenden Bewegung des
Kolbens und zum Antrieb der Ventilbetätigungseinrichtung benötigt wird. Fluidzufuhrleitungen
verbinden den
Kolben und die Steuerventileinrichtung sowie die Steuerventileinrichtung
und den Speicherkessel, so daß das unter Druck stehende Fluid im Speicherkessel
durch die Steuerventileinrichtung und die Fluidzufuhreinrichtungen dem Kolben zugeführt
werden kann.
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Ein solcher herkömmlicher Stellmotor hat einen schwerwiegenden Nachteil.
Als Antwort auf die Aufbringung eines Ausschaltanweisungssignals auf den Leistungsschalter
wird das Fluidzufuhrventil von der Ventlbetätigungseinrichtung geöffnet, damit dem
Kolben unter Druck stehendes Fluid zugeführt wird. Bei dem herkömmlichen Stellmotor
war eine ziemlich lange Zeit erforderlich, bis der Kolben seine Bewegung in Netzunterbrechungs-
bzw. Kontakttrennrichtung begann, da innerhalb der Fluidzufuhrleitungen ein Totraum
existiert, der einen beträchtlichen Druckverlust verursacht. Diese Verzögerung der
Arbeitszeit war eine der Hauptursachen für einen unerwünschten Abfall der Betriebscharakteristik
des Leistungsschalters Bei einer bekannten Konstruktion, die zur Vermeidung dieses
Nachteils vorgeschlagen wurde, ist die Fluidzufuhrleitung zwischen dem Kolben und
der Ventilsteuereinrichtung eliminiert.
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Bei diesem verbesserten Stellmotor ist das Fluidzufuhrventil neben
einer der Öffnungen des Zylinders so angeordnet, daß es diese Öffnung normalerweise
hermetisch schließt. Aufgrund dieser Konstruktion könnte das unter Druck stehende
Fluid, das durch das Fluidzufuhrventil in der offenen Stellung strömt, unmittelbar
ohne Verzögeruncf die BetsitigungsXraft auf den Kolben aufbringen, so daß somit
die zeitdauer verkürzt werden könnte, die dafür erforderlich ist, daß der Kolben
mit seiner Bewegung beginnt, nachdem das Fluidzufuhrventil geöffnet worden ist.
Jedoch auch bei diesem verbesserten
Stellmotor ist der Speicherkessel
unabhängig von der Steuerventileinrichtung angeordnet worden, und das Fluidzufuhrrohr
zwischen dem Speicherkessel und der Steuerventileinrichtung ist als Verbindungsmittel
zwischen beiden beibehalten worden. Dies hat zur Folge, daß die Verzögerung der
Arbeitszeit aufgrund des Druckverlustes in diesem Fluidzufuhrrohr noch bestehen
geblieben ist und daß dies der Engpaß war, der die gewünschte Verminderung der zur
Unterbrechung des Netzes erforderlichen Zeitdauer verhindert.
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Der Erfindung liegt die Aufgage zugrunde, einen Stellmotor für einen
Leistungsschalter zu schaffen, bei dem ein in einem Speicherkessel enthaltenes Arbeitsfluid
einem Kolben direkt ohne jeden nennenswerten Druckverlust zugeführt werden kann,
so daß der Stellmotor mit hoher Geschwindigkeit arbeiten kann.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Stellmotors
für einen Leistungsschalter, bei dem der das Arbeitsfluid enthaltende Raum innerhalb
des Speicherkessels durch ein Fluidzufuhrventil von einem Hauptzufuhrraum, der unterhalb
des Kolbens gebildet ist und der Zufuhr von Arbeitsfluid zum Kolben dient, verbindbar
getrennt ist.
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Ein noch anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Stellmotors
für einen Leistungsschalter, bei dem das Fluidzufuhrventil, das den Raum innerhalb
des Speicherkessels vom Hauptzufuhrraum verbindbar trennt, von einem Betätigungskolben
in seine offene Stellung gedrückt wird, der bei Anlegung eines Ausschaltanweisungssignals
betätigt wird.
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Ein wiederum weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Stellmotors
für einen Leistungsschalter, bei dem eine Ausschaltmechanismusbetätigungseinrichtung,
die den Kolben und den Zylinder umfaßt, und eine Ventilbetätigungseinrichtung, die
den Betätigungskolben umfaßt, innerhalb des Speicherkessels in axialparalleler Beziehung
zueinander angeordnet und befestigt sind.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Stellmotors
für einen Leistungsschalter, bei dem die Ventilbetätigungseinrichtung starr an der
Ausschaltmechanismusbetätigungseinrichtung befestigt und relativ zum Speicherkessel
gleitend verschiebbar ist.
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Gemäß einer Lösung der genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein
Stellmotor für einen Leistungsschalter vorgeschlagen, der sich auszeichnet durch
einen Speicherkessel, der mit einem unter Druck stehenden Arbeitsfluid gefüllt ist,
eine Betätigungseinrichtung für einen Ausschaltmechanismus, die einen am Speicherkessel
befestigten Zylinder mit einer im Speicherkessel angeordneten Einlaßöffnung und
einen ersten Kolben umfaßt, der gleitend verschiebbar im Zylinder angeordnet ist
und funktional mit einem bewegbaren Kontakt im Ausschaltmechanismus verbunden ist,
ein Fluidzufuhrventil, das so angeordnet ist, daß es die Einlaßöffnung des Zylinders
in ein Öffnen zulassender Weise schließt, so daß es in der Stellung, in der es die
Einlaßöffnung öffnet, eine Strömung des unter Druck stehenden, im Speicherkessel
enthaltenen Arbeitsfluids in einen Hauptzufuhrraum ermöglicht, der zwischen dem
ersten Kolben und dem Zylinder gebildet ist, und in der Stellung, in der es die
Einlaßöffnung hermetisch schließt, die Strömung des Arbeitsfluids in den
Hauptzufuhrraum
sperrt, und eine Ventilbetätigungseinrichtung, die einen zweiten Kolben umfaßt und
zur Steuerung der Bewegung des Fluidzufuhrventils in Abhängigkeit von der Aufbringung
eines Ausschaltanweisungssignals dient.
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Der erfindungsgemäße Stellmotor mit dem zuvor beschriebenen Aufbau
hat den Vorteil, daß das im Speicherkessel enthaltene Arbeitsfluid mit nur geringem
Druckverlust direkt dem Kolben zugeführt werden kann, ohne daß irgendein Fluidzufuhrrohr
benutzt wird, wodurch der Druckverlust im Rohr herkömmlicher Vorrichtungen dieser
Art vermieden wird, so daß der Druck des Arbeitsfluids voll wirksam zur Verkürzung
der Arbeitszeit des Stellmotors ausgenutzt werden kann. Ferner hat die Erfindung
den Vorteil, daß die Gesamtabmessungen des Stellmotors vermindert werden können,
da die Betätigungseinrichtung innerhalb des Speicherkessels angeordnet werden kann.
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Die Erfindung betrifft somit einer> Leistungsschalterstellmotor,
bei dem Einrichtungen, zu denen ein Zylinder mit einem Kolben, der mit dem bewegbaren
Kontakt des Ausschaltmechanismus verbunden ist, ein Fluidzufuhrventil zur Zufuhr
eines Arbeitsfluids in einen Hauptzufuhrraum unterhalb des Kolbens und Elemente
zur Steuerung der Bewegung des Fluidzufuhrventils gehören, innerhalb eines Arbeitsfluid
enthaltenden Speicherkessels angeordnet sind, so daß die Notwendigkeit, irgendwelche
Fluidzufuhrrohre vorzusehen, entfällt und der Druckverlust auf ein Minimum vermindert
ist, so daß der Druck des Arbeitsfluids voll wirksam zur Unterbrechung des Netzes
mit hoher Geschwindigkeit ausgenutzt werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch
ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsschalterstellmotors
in Einschaltstellung bzw.
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Kontaktschließstellung des Leistungsschalters, Fig. 2 eine Fig. 1
ähnliche Darstellung, die jedoch zur Erläuterung des Vorgehens beim Zusammenbauen
des in Fig. 1 gezeigten Stellmotors diesen in zerlegtem Zustand zeigt; Fig. 3 einen
Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsschalterstellmotors;
und Fig. 4 einen Schnitt gemäß IV-IV in Fig. 3,
Im folgenden werden
bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erläutert.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Leistungsschalter-Stellmotors in einem Betriebszustand, der der geschlossenen Stellung
des nicht dargestellten Leistungsschalters entspricht. Ein Speicherkessel 1 (Fig.
1) enthält ein Arbeitsfluid, beispielsweise Luft unter hohem Druck, und ist elektrisch
isoliert vom nicht dargestellten Ausschaltmechanismus des Leistungsschalters angeordnet.
Ein nicht dargestellter Kompressor ist mit dem Speicherkessel 1 über eine Leitung
51 verbunden, damit der Druck des Hockdruckarbeitsfluids im Speicherkessel 1 oberhalb
einer bestimten Einstellung gehalten wird. Bei dem Hachdruckarbeitsfluid kann es
sich statt der Luft unter hohem Druck um SF6-Gas, Öl oder ein beliebiges anderes
geeignetes Fluid handeln. Ein Zylinder 2 ist mit seinem oberen Ende starr an einer
Halteplatte 4 befestigt, die an einer oberen Öffnung des Speicherkessels 1 angeschraubt
ist, und wird so getragen, daß er sich von der oberen Öffnung des Speicherkessels
1 aus nach unten in Fig. 1 erstreckt, wobei eine Dichtung 3 für Fluiddichtheit sorgt.
Im Zylinder 2 ist ein Kolben 5 so angeordnet, daß er entlang der Innenfläche des
Zylinders 2 gleiten kann. Der Kolben 5 weist einen Durchlaß 5a mit kleinem Durchmesser
auf. Der erfindungsgemäße Stellmotor kann mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, da
der Zylinder 2 körperlich in gezeigter Weise im Speicherkessel 1 angeordnet ist
und da das im Speicherkessel 1 befindliche Arbeitsfluid unter hohem Druck dem Kolben
5 direkt zugeführt werden kann, ohne daß es durch irgendwelche Fluidzufuhrleitungen
strömen muß. Eine Stellstange 6 ist mechanisch mit dem Kolben 5 verbunden und dient
dazu, eine Kontakttrennkraft zum beweglichen Kontakt im nicht dargestellten Ausschaltmechanismus
zu
übertragen. Diese Stellstange 6 wird normalerweise von einer Kcrtaktschlieneinrichtung,
beispielsweise einer nicht dargestellten Rückstellfeder, nach unten (in Fig. 1)
gedrückt Der Zylinder 2 und der Kolben 5 bilden eine Betätigungseinheit A zur Betätigung
des Ausschaltmechanismus.
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Ein Ventilgehäuse 7 ist mit seinem unteren Ende starr in einer unteren
Öffnung angebracht, die im Arbeitsfluidspeicherkessel 1 ausgebildet ist. Dieses
Ventilgehäuse 7 ist gegenüber dem Zylinder 2 angeordnet; und wird so getragen, daß
es von der unteren Öffnung des Speicherkessels 1 aus nach oben ragt, wobei es durch
eine Dichtung 8 in fluiddichter Verbindung gehalten wird. Im Inneren des Ventilgehäuses
7 ist eine Kammer 17 ausgebildet, die mit einer Öffnung 7a, die mit der Atmosphäre
in Verbindung stehen kalm,und Öffnungen 7b und 7c versehen ist, die mit dem Innenraum
des Speicherkessels 1 in Verbindung stehen können. Ein Steuerventil 9 wird von einer
Druckfeder 10 so nach unten (in Fig. 1) gedrückt, daß es gegen die Öffnung 7b anliegt,
so daß die Öffnung 7b normalerweise hermetisch geschlossen ist. Ein Ausschaltanweisungssignal
kann auf eine Erregerspule 11 gegeben werden. Wenn das Ausschaltanweisungssignal
an die Erregerspule 11 angelegt wird, wird ein Auslöseventil 12 nach oben (Fig.
1) gedrückt, so daß es die Öffnung 7a hermetisch schließt und so daß gleichzeitig
das obere Ende 12a des Auslöseventils 12 das -Steuerventil 9 gegen die Kraft der
Druckfeder 10 nach oben (in Fig. 1) drückt, so daß die Öffnung 7b geöffnet wird.
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Im oberen Abschnitt der Kammer des Ventilgehäuses 7 ist ein Betätigungskolben
13 verschiebbar angeordnet, der von einer Druckfeder 14 normalerweise nach unten
(in Fig. 1) gedrückt
wird. Ein Fluidzufuhrventil 15 ist mittels
einer Mutter 40 starr am oberen Ende einer Kolbenstange 13a befestigt1 die einstückig
mit dem Betätigu»kolben 13 ausgebildet ist. Die Druckfeder 14 ist zwischen dem Betätigungskolben
13 und einem am Ventilgehäuse 7 ausgebildeten Federsitz 7d so angeordnet, daß sie
den Betätigungskolben 13 und das Fluidzufuhrventil 15 normierweiser nach unten (in
Fig. 1) drückt.
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Das Fluidzufuhrventil 15 kann in fluiddichtem Eingriff mit einem Ventilsitz
50 stehen, der an einem Ende des Zylinders 2 ausgebildet ist, so daß eine Strömung
des unter hohem Druck stehenden Arbeitsfluides im Speicherkessel 1 in einen Hauptzufuhrraum
16 unterhalb des Kolbens 5 durch eine Einfaßöffnung 16a des Zylinders 2 verhindert
wird.
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Der Außendurchmesser des Fluidzufuhrventils 15 ist so gewählt, daß
er kleiner als der Außendurchmesser des Betätigungskolbens 13 ist, so daß das Fluidzufuhrventil
15 während des Unterbrechungs- bzw. Ausschaltvorgangs vom Druck des Arbeitsfluids
im Speicherkessel 1 leicht in die offene Stellung gedrückt werden kann, wodurch
ermöglicht wird, daß Arbeitsfluid unter hohem Druck in den Hauptzufuhrraum 16 einströmt,
Es ist ersichtlich, daß die Kolbenstange 13a, an der das Fluidzufuhrventil 15 befestigt
ist, in Axialrichtung parallel zur Achse des Zylinders 2 angeordnet ist und daß
die Richtung, in der das Fluidzufuhrventil 15 in seine offene Stelllung gedrückt
wird, die gleiche Richtung wie die Bewegungsrichtung des Kolbens 5 während des Ausschaltvorganges
des Stellmotors ist. Aufgrund dieser Ausbildung kann der erfindungsgemäße Stellmotor
mit großer Geschwindigkeit arbeiten.
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Das Ventilgehäuse 7 und die verschiedenen im Ventilgehäuse 7 angeordneten
Elemente bilden eine Ventilbetätigungseinheit B.
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In der in Fig 1 gezeigten Kontaktschließstellung hat das obere Ende
12a des Auslöseventils 12 Abstand zum Steuerventil 9. In diesem Zustand wird das
Steuerventil 9 von der Druckfeder 10 so beaufschlagt, daß es die Öffnung 7b hermetisch
schließt, wobei jedoch die Öffnung 7a vom Auslöseventil 12 nicht verschlossen ist
und der Abschnitt des Raumes 17, der zwischen diesen zwei Öffnungen 7a und 7b und
dem Betätigungskolben 13 liegt, mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Der Hauptzufuhrraum
16 steht über den Durchlaß 5a des Kolbens 5 ebenfalls mit der Atmosphäre in Verbindung.
Somit wird der Kolben 5 von der Kraft der Rückstellfeder in seiner untersten Stellung
innerhalb des Zylinders 2 gehalten, und das Volumen des Hauptzufuhrraumes 16 ist
in diesem Zustand sehr klein. Obw6bl der Druck des Arbeitsfluids im Speicherkessel
1 versucht, das Fluidzufuhrventil 15 zum Hauptzufuhrraum 16 zu drücken, wirkt die
nach unten gerichtete Kraft, die vom Arbeitsfluid auf den mit dem Fluidzufuhrventil
15 fest verbundenen Betätigungskolben 13 ausgeübt wird, mit der Kraft der Druckfeder
14 so zusammen, daß das Fluidzufuhrventil 15 auf den Ventilsitz 50 gedrückt wird,
wodurch die Einlaßöffnung 16a entgegen der Kraft des auf das Fluidzufuhrventil 15
wirkenden Arbeitsfluids hermetisch geschlossen gehalten wird.
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Wenn während dieses Zustandes das Ausschaltanweisungssignal auf die
Erregerspule 11 gegeben wird, wird das Auslöseventil 12 nach oben (in Fig. 1) gedrückt,
so daß es die Öffnung 7a hermetisch schließt. Gleichzeitig drückt das obere Ende
12a des Auslöseventils 12 das Steuerventil 9 nach oben, so daß die Öffnung 7b geöffnet
wird. Dadurch füllt das Arbeitsfluid im Speicherkessel 1 durch die Öffnung 7d sofort
die Kammer 17.
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Dies hat zur Folge, daß das Verhältnis zwischen den auf das
Fluidzufuhrventil
15 und den Betätigungskolben 13 wirkenden Kräften umgekehrt wird. Dies bedeutet,
daß die nach unten gerichtete, auf den Betätigungskolben 13 wirkende Kraft durch
die nach oben gerichtete Kraft aufgehoben wird, die vom durch die Öffnung 7b und
die Kammer 17 zugeführten Arbeitsfluid auf den Betätigungskolben 13 aufgebracht
wird, so daß das Fluidzufuhrventil 15 vom Durch des Arbeitsfluids nach oben (in
Fig. 1) gedrückt wird und die Einlaßöffnung 16a öffnet, da das Fluidzufuhrventil
15 eine druckbeaufschlagte Fläche hat, die eine Kraft hervorruft, die größer ist
als die Kraft der Druckfeder 14.
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Sobald die Einlaßöffnung 16a geöffnet worden ist, strömt das Arbeitsfluid
im Speicherkessel 1 in den Hauptzufuhrraum 16 ein und drückt den Kolben 5 nach oben
(in Fig. 1), damit dadurch die Kontakttrennkraft auf den beweglichen Kontakt des
Leistungsschalters aufgebracht wird. Aufgrund der Tatsache, daß das Arbetsfluid
in den Hauptzufuhrraum 16 nicht mittels eines Rohres, wie es bei herkömmlichen Vorrichtungen
verwendet wird, eingeleitet wird, sondern direkt durch die Einlaßöffnung 16a im
Speicherkessel l-in den Hauptzufuhrraum 16 eingelassen wird, kann ein uneramnschter
Druckverlust aufgrund eines solchen Rohres vollständig vermieden werden und kann
der Druck des Arbeitsfluids voll wirksam zum Antrieb des Kolbens 5 ausgenutzt werden.
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In der in Fig. 1 gezeigten Kontaktschließstellung hat die Oberseite
des Fluidzufuhrventils 15 einen sehr geringen Abstand von der Unterseite des Kolbens
5. Daher stößt das Fjuidzufubrventil 15 während der Anfangsphase der Bewegung des
Fluidzufuhrventils 15 in Ventilöffnungsrichtung am Kolben 5 an, so daß die Bewegung
des Fluidzufuhrventils kurzzeitig
verzögert wird. Daher ist der
anfänglich zwischen dem Fluidzufuhrventil 15 und dem Ventilsitz 50 erzeugte Spalt
nicht sehr groß. Aufgrund der Tatsache, daß das anfängliche Volumen des Hauptzufuhrraumes
14 sehr klein ist, ist jedoch der anfänglich zwischen dem Fluidzufuhrventil 15 und
dem Ventilsitz 50 erzeugte Spalt groß genug, um sicherzustellen, daß das Arbeitsfluid
den IIauptzufuhrraum 16 sofort füllt. Wenn der Kolben 5 beginnt, sich aufgrund des
Druckes des in den Raum 16 eingelassenen Arbeitsfluids nach oben (in Fig. 1) zu
bewegen, kann sich auch das Fluidzufuhrventil 15 nach oben (in Fig. 1) bewegten,
was dazu führt, daß der zwischen dem Fluidzufuhrventil 15 und dem Ventilsitz 50
gebildete Spalt allmählich zunimmt. Somffi kann das Arbeitsfluid in den Hauptzufuhrraum
16 mit geringem Druckverlust eingelassen werden, so daß eine wünschenswerte Antriebskraft
auf den Kolben 5 aufgebracht wird.
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Nachdem dem Kolben 5 durch den Druck des Arbeitsfluids ausreichende
kinetische Energie zugeführt worden ist, endet das an die Erregerspule 11 angelegte
Ausschaltanweisungssignal, und das Auslöseventil 12 wird von einer nicht dargestellten
Rückstelleinrichtung in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückgebracht, damit bewirkt
wird, daß das Arbeitsfluid in der Kammer 17 durch die Öffnung 7a zur Atmosphäre
abgelassen wird. Dadurch wird wieder die Summe aus der abwärtsgerichteten, auf den
Betätigungskolben 13 wirkenden Kraft und der Kraft der Druckfeder 14 größer als
die aufwärtsgerichtete, auf das Fluidzufuhrventil 15 wirkende Kraft, und das Fluidzufuhrventil
15 wird nach unten (in Fig. 1) gedrückt, so daß es die Einlaßöffnung 16a wieder
hermetisch schließt. Die Ventilbetätigungseinheit B ist somit in die
in
Fig. 1 gezeigte Kontaktschließstellung zurückgebracht.
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Obwohl in diesem Zustand die Zufuhr von Arbeitsfluid vom Speicherkessel
1 aufgehört hat, bewegt sich der Kolben 5 aufgrund seiner kinetischen Energie bzw.
Massenträgheit weiter nach oben, so daß er die Kontakttrennstellung erreicht, in
der der bewegliche Kontakt getrennt wird. In dieser Stellung wird der Kolben von
einer nicht dargestellten Sperreinrichtung mechanisch gesperrt. Damit ist der Ausschaltvorgang
des Leistungsschalter beendet. Das in den Hauptzufuhrraum 16 eingetretene Arbeitsfluid
wird durch den in den Kolben 5 gebohrten Durchlaß 5a verhältnismäßig langsjrn zur
Atmosphäre abgelassen, so daß eine unerwünschte ReaZctionskraft vermieden wird,
die vom Kolben 5 während des folgenden Kontaktschließvorgangs auf die Kontaktschließeinrichtung
ausgeübt werden könnte, Beim erneuten Schließen des Netzes wird die Sperreinrichtung
fieigegeben, und die Wirkung der als Beispiel genannten Rückstellfeder, in der während
des Kontakttrennvorganges Kraft gespeichert worden ist, wird dazu benutzt, den beweglichen
Kontakt in Berührung mit dem stationären Kontakt zu bringen.
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Gleichzeitig wird der Kolben 5 nach unten (in Fig. 1) gedrückt, damit
er wieder die in Fig. 1 gezeigte Stellung einnimmt. Der Kolben 5 kann sich in dieser
Richtung sanft bewegen, da das in den Hauptzufuhrraum 16 eingespeiste Arbeitsfluid
durch den Durchlaß 5a des Kolbens 5 abgelassen worden ist und der Druck in diesem
Raum ungefähr gleich dem atmosphärischen Druck ist. Der Durchlaß 5a des Kolbens
5 wirkt ferner in der Weise, daß er den im Hauptzufuhrraum 16 während der Bewegung
des Kolbens 5 in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung auftretenden Druckanstieg
mindert. Dieser Druckanstieg ist
vernachlässigbar, da die Bewegung
des Kolbens 5 während des Kontaktschließvorganges in der Regel langsamer erfolgt
als während des Kontakttrennvorganges. Der Durchlaß 5a des Kolbens 5 kann auch weggelassen
werden, damit der KOlben 5 vom Arbeitsfluid im Speicherkessel 1 in der Kontakttrennstellung
gehalten wird; dann kann eine Ventileinrichtung vorgesehen werden; die in der Weise
wirkt, daß sie bei Aufbringung eines Einschaltanweisungssignals auf die Rückstellfeder
das Arbeitsfluid im Hauptzufuhrraum 16 abläBt, damit eine unerwünschte Reaktionskraft,
die auf den Kolben 5 ausgeübt werden könnte, vermieden wird, sobald der Kontaktschließvorgang
begonnen wird, Bei dem Arbeitsfluid braucht es sich keineswegs um Luft unter hohem
Druck zu handeln; statt Luft kann jedes andere geeignete Fluid verwendet werden.
Im letzteren Fall ist es erforderlich, einen Sammelbehälter vorzusehen, der das
Arbeitsfluid aufnimmt, das aus der Öffnung 7a und dem Durchlaß 5a abgelassen wird.
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Bei dem beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird der Druck des
in die Kammer 17 eingelassenen Arbeitsfluids zum Antrieb des Fluidzufuhrventils
15 benutzt. Die Konstruktion kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß die das Fluidzufuhrventil
15 antreibende Kraft dadurch erhalten wird, daß ein Teil des Arbeitsfluids zur Atmosphäre
abgelassen wird, wenn das Ausschaltanweisungssignal auf die Erregerspule 11 gegeben
wird. Es versteht sich, daß die Erfindung sich dadurch auszeichnet, daß die Einlaßöffnung
16a zum Zuführen von Arbeitsfluid in den Hauptzufuhrraum 16 zum Antrieb des Kolbens
5 im Arbeitsfluid-Speicherkessel 1 angeordnet ist. Mit anderen Worten heißt dies,
daß sich die Erfindung dadurch auszeichnet,
daß der Hauptzufuhrraum
16 durch das Fluidzufuhrventil 15 direkt von dem Innenraum des Speicherkessels 1
getrennt ist, der das Arbeitsfluid enthält, das den Kolben 5 antreibt.
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Somit kann der erfindungsgemäße Stellmotor für einen Leistungsschalter
mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, ohne daß ein nennenswerter Druckverlust auftritt,
und zwar im Gegensatz zu dem starken Druckverlust, der bei herkömmlichen Stellmotoren
auftritt, bei denen Fluidzufuhrleitungen verwendet werden.
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Aufgrund der Tatsache, daß das Fluidzufuhrventil 15 des zuvor beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiels so ausgebildet ist, daß es sich in der gleichen Richtung
bewegt wie der Kolben 5, kann ferner das anfängliche Volumen des Hauptzufuhrraumes
16 in der in Fig. 1 gezeigten Konta]tschließstellung sehr klein gemacht werden,
so daß der Totraum auf-.
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grund dieses Raumes 16 vermindert werden kann und die Zeitdauer verkürzt
werden kann, die für den Kontakttrennvorgang erforderlich ist. Genauer heißt dies,
daß dann, wenn das Fluidzufuhrventil 15 so ausgebildet und angeordnet wäre, daß
es sich in einer zur Bewegungsrichtung des Kolbens 5 senkrechten Richtung bewegen
würde, der Hauptzufuhrraum 16 ein größtes Volumen haben würde, das dem Hub entspricht,
den das Fluidzufuhrventil 15 für seine Bewegung benötigt, bis der Kontakttrennvorgang
abgeschlossen istt dies würde zu dem Nachteil führen, daß ein großer Totraum erzeugt
wird. Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil, und das Volumen des Hauptzufuhrraumes
16 kann auf ein Minimum vermindert sein.
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Der in Fig, 1 gezeigte Leistungsschalter-Stellmotor kann in der in
Fig. 2 gezeigten Weise zusammengebaut werden.
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Als erste wird die Ventilbetätigungseinheit B in die untere Öffnung
des Speicherkessels 1 eingesetzt und in der vorgeschriebenen
Stellung
befestigt. Dann wird der Zylinder 2 in die obere Öffnung des Speicherkessels 1 axialparallel
zur Ventilbetätigungseinheit B eingesetzt, und das Fluidzufuhrventil 15 wird mit
dem Betätigungskolben 13 mittels der Mutter 40 innerhalb des Zylinders 2 verbunden.
Danach wird der Kolben 5 gleitend verschiebbar innerhalb des Zylinders 2 angeordnet,
und die Halteplatte 4 wird am.
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Speicherkessel 1 befestigt, damit sie den Zylinder 2 in der vorgeschriebenen
Stellung hält.
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Es ist ersichtlich, daß der Zylinder 2 einen offenen Innenraum hat,
der mit der den Speicherkessel 1 umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht und daß
der Kolben 5 in diesem Innenraum des Zylinders 2 angeordnet ist. Aufgrund dieses
Aufbaus kann der Stellmotor trotz der Tatsache, daß der Speicherkessel 1 einen engen
Innenraum hat, sehr leicht zusammengebaut werden.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Leistungsschalter-Stellmotors. Diese zweite Ausführungsform ist der ersten Ausführungsform
in der Konstruktion im wesentlichen ähnlich. Daher sind gleiche bzw. ähnliche Teile
mit dem um 100 erhöhten Bezugszeichen der entsprechenden Teile der ersten Ausführungsform
bezeichnet, und eine ausführliche Beschreibung dieser Teile wird im folgenden nicht
gegeben.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Betätigungskolben 113,
an dem ein Fluidzufuhrventil 115 befestigt ist, mit einem Ventilabschnitt 152 versehen,
so daß der Betätigungskolben 113 auch als Fluidabsperrventil arbeiten kann. In der
Kontaktschließstellung, in der sich das Fluidzufuhrventil
115
in fluiddichtem Eingriff mit einem in einem Zylinder 102 ausgebildeten Ventilsitz
150 befindet, steht auch der-Ventilabschnitt 152 des Betätigungskolbens 113 in fluiddichtem
Eingriff mit einem Ventilsitz 153, der an einem Ventilgehäuse 107 befestigt ist.
Aufgrund der Tatsache, daß der Betätigungskolben 113 selber als Fluidabsperrventil
arbeitet, kann die Fluiddichtheit zwischen dem Betätigungskolben 113 und der Innenwand
des Ventilgehäuses 107 in der Kontaktschließstellung des Stellmotors verhältnismäßig
ungenau sein. Trotz dieses Vorteils tritt jedoch eine Schwierigkeit auf, die darin
besteht, daß in der Kontaktschließstellung des Stellmotors ständig für ausreichend
fluiddichten Eingriff zwischen dem Fluidzufuhrve$il 115 und dem Ventilsitz 150 sowie
zwischen dem Betätigungskolben 113 und dem Ventilsitz 153 gesorgt werden muß. DieserNachteil
zeigt sich dann besonders deutlich, wenn sich die einzelnen Teile thermisch ausdehnen.
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Genauer heißt dies, daß dann, wenn eine Betätigungseinheit A zum Betätigen
des Ausschaltmechanismus und eine Betätigungseinheit B zum Betätigen des Fluidzufuhrventils
115 in der beim ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Weise in einem Speicherkessel
1 befestigt wären, das die Einlaßöffnung 116a des Zylinders 102 hermetisch schließende
Fluidzufuhrventil.
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115 nicht in ausreichend fluiddichtem Eingriff mit dem Ventilsitz
150 stehen würde und daraus eine Fehlfunktion des Leistungsschalters resultieren
würde, da die Einheiten A und B und der Speicherkessel 101 je nach den Materialien
und Umgebungsbedingungen thermische Ausdehnungen unterschiedlichen Ausmasses erfahren
könnten.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine geeignete
Einrichtung zur Vermeidung dieses Nachteils vorgesehen.
Diese Einrichtung
umfaßt mehere Verbindungsteile 20, wie sie in den Figuren 3 und 4 gezeigt sind,
die das obere Ende des Ventilgehäuses 107 der Ventilbetätigungseinheit B mit dem
Zylinder 102 der Betätigungseinheit A für den Ausschaltmechanismus starr verbinden.
Anzahl und Dicke dieser Verbindungsteile 20 werden so gewählt, daß sie die Strömung
des Arbeitsfluids in einen Hauptzufuhrraum 116 nicht behindern.
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Die Betätigungseinheit A für den Ausschaltmechanismus und die Ventilbetätigungseinheit
B sind einander gegenüber in axialparalleler Beziehung angeordnet, und die Ventilbetätigungseinheit
B ist so angeordnet, daß sie relativ zum Speicherkessel 101 in ihrer Axialrichtung
verschiebbar ist, wobei eine Dichtung 108 für Fluiddichtheit mit dem Speicherkessel
101 sorgt. Somit kann der Unterschied zwischen den thermischen Expansionskoeffizienten
der Einheiten A und B und des Speicherkessels 101 durch die Verschiebebewegung der
Ventilbetätigungseinheit B aufgenommen werden, und eine Fehlfunktion des Leistungsschalters
aufgrund von unzureichend fluiddichtem Eingriff zwischen dem Fluidzufuhrventil 115
und dem Ventilsitz 150 kann verhindert werden.
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Der Ausdruck "axialparellele Beziehung" wird zur Bezeichnung einer
solchen Beziehung benutzt, bei der die Achse der Ventilbetätigungseinheit B mit
der Achse des Zylinders 102, bei dem es sich um den stationären Teil der Betätigungseinheit
A für den Ausschaltmechanismus handelt, zusammenfällt oder in geeigneter Weise gegenüber
dieser parallelverschoben ist. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Zylinder 102
und die Ventilbetätigungseinheit B von den Verbindungsteilen 20 mechanisch so miteinander
verbunden sind, daß die Ventilbetätigungseinheit B in der gleichen Axialrichtung
wie der
Zylinder 102 bewegbar ist,wenn eine thermische Ausdehnung
auftritt. Daher wird die Kraft, die versucht, das Fluidzufuhrventil 115 aufgrund
unterschiedlicher thermischer Expansionskoeffizienten der Einheiten A und B und
des Speicherkessels 101 vom Ventilsitz 150 abzuheben, in der Weise aufgenommen,
daß sie eine entsprechende Abwärtsbewegung der Ventilbetätigungseinheit B bewirkt.
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Aus der vorstehenden ausführlichen Beschreibung zeigt sich, daß bei
der Erfindung die Einlaßöffnung 16a für das Arbeitsfluid innerhalb des Arbeitsfluidspeicherkessels
1 angeordnet ist und daß das Fluidzufuhrventil 15 so angeordnet ist, daß es direkt
den das Arbeitsfluid enthaltenden Raum innerhalb des Speicherkessels 1 vom Hauptzufuhrraum
16 trennt, in den das Arbeitsfluid während des Kontakttrennvorganges eingelassen
wird, daZ t auf den bewegbaren Kontakt des Leistungsschalters die Kontakttrennkraft
aufgebracht wird, Somit kann das Arbeitsfluid in den Hauptzufuhrraum 16 eingelassen
werden, sobald das Fluidzufuhrventil 15 von der Ventilbetätigungseinheit B betätigt
wird. Da in diesem Abschnitt keine Fluidzufuhrleitungen existieren,tritt ferner
kein Druckverlust auf, und das Arbeitsfluid im Speicherkessel 1 kann voll wirksam
ausgenutzt werden, so daß und damit die zur Betätigung des Kolbens 5 erforderliche
Zeitdauer verkürzt wird.
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Ferner. ist bei der Erfindung der Hauptzufuhrraum 16 zwischen dem
Zylinder 2 und dem Kolben 5, der die Kontakttrennkraft auf den beweglichen Kontakt
des Leistungsschalters aufbringt, ausgebildet, und die Einlaßöffnung 16a des Zylinders
2, in dem sich der Hauptzufuhrraum 16 befindet, wird ein erneutes Öffnen zulassend
vom Fluidzufuhrventil 15 geschlossen. Der
Zylinder 2 in der Betätigungseinheit
A für den Ausschaltmechanismus ist in axialparalleler Beziehung gegenüber der Ventilbetätigungseinheit
B angeordnet und mit dieser mechanisch verbunden, und die Ventilbetätigungseinheit
B ist so angeordnet, daß sie in ihrer Axialrichtung relativ zum Speicherkessel 1
verschiebbar ist, wobei sie gegenüber dem Speichrkessel 1 fluiddicht abgedichtet
ist. Somit kann selbst dann, wenn die Betätigungseinheit A für den Ausschaltmechanismus,
die Ventilbetätigungseinheit B und der Speicherkessel 1 unterschiedliche thermische
Ausdehnungskoeffizienten haben, die Kraft, die versucht, das Fluidzufuhrventil 15
vom zugehörigen Ventilsitz abzuheben, durch die Gleitverbindung aufgenommen werden,
damit eine Fehlfunktion des Leistungsschalters aufgrund von unzureichend fluiddichtem
Eingriff des Fluidzufuhrvetils 15 mit dem Ventilsitz verhindert wird.
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Ferner können die Gesamtabmessungen des Leistungsschalters vermindert
werden, da der gesamte Stellmotor oder Teile davon innerhalb des Speicherkessels
1 angeordnet werden können.
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Patentansprüche: