DE2512480A1

DE2512480A1 - Hydraulische abstroemsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE2512480A1
Application number: DE19752512480
Authority: DE
Inventors: Jean Louis Gratzmuller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-26
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE2512480C3; IT1034478B; AT340519B; US3954249A; JPS5511828B2; DE2512480B2; ATA227475A; SU698550A3; GB1474499A; SE414217B; SE7503363L; CH593437A5; JPS50130021A; FR2266022A1; BE827159A; ES435599A1; FR2266022B1

Description

Pr. rer. nat. DIETEX LOUIS
Dipl-Phys. CLAUS PÖHLAU
D.pl.-iB3.F^Avr.;Z LOHKNTif
8500 NOFlN BER(^

Jean-Louis GRATZMULLER, Neuilly sur Seine / Frankreich

Hydraulische Abströmsteuervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Abströmsteuervorrichtung für die schnelle Druckentlastung und Entleerung eines Hochdruckraumes, die ihrerseits durch eine Auslösung einer Abströmung mit geringer Strömungsleistung steuerbar ist.

Derartige Abströmsteuervorrichtungen können an vielen Vorrichtungen zur hydraulischen Steuerung eingesetzt werden, wo eine hydraulische Betätigungseinrichtung schnell in eine Abströmschaltung überführt werden soll, in der der Hydraulikzylinder entlastet und entleert wird; dies kann beispielsweise bei einem Hydraulikzylinder wünschenswert sein, der eine mechanische Vorrichtung betätigt.

Insbesondere tritt ein solches Erfordernis bei der hydraulischen Steuerung von Starkstromtrennschaltern auf, bei denen der Schaltvorgang zur Kontaktunterbrechung beim Auftreten einer Störung, beispielsweise eines Kurzschlusses, sehr schnell erfolgen muß.

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Bislang mußte man sich bei derartigen Hochleistungsschaltern in Hochspannungsleitungen für den Transport elektrischer Energie mit einer Verzögerung des- Sehalterabfalls in der Größenordnung von 10 Millisekunden (entsprechend einer halben Periode eines 50-Hertz-Wechselstromes) zufriedengeben, jedoch ist mit Rücksicht auf die Erhöhung der zu schaltenden Leistung und zur Begrenzung auftretender Spitzenbelastungen eine verminderte Trennzeit anzustreben, vorzugsweise unterhalb von 5 Millisekunden (entsprechend einer viertel Periode), insbesondere beispielsweise etwa von 2,5 Millisekunden, gerechnet vom Auftreten der Störung ab.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, diese Zeitverzögerung bei einer hydraulischen Abströmsteuervorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung auf die angestrebten Werte zu verringern.

Bei vielen hydraulischen Steuervorrichtungen für Trennschalter wird der Trennschalter in seiner Schließstellung durch den Druck des Hydrauliköles gehalten, der gegen stets wirksame Federorgane für die Überführung in die Abfallstellung wirkt, wie beispielsweise 'eine mechanische Feder, eine pneumatische Feder, ein hydro-pneumatischer Gegendruck,■ein hydraulischer Gegendruck od. dgl. Zur- Trennung des Schaltkontaktes genügt es, den Hydraulikzylinder, der den Trennschalter in seiner Schließstellung hält, auf einen Trennbefehl hin in eine Abströmschaltung zu überführen, in der eine Druckentlastung und Entleerung des Druckraumes erfolgt.

In der Regel wird zunächst ein elektrischer Trennbefehl erzeugt, der zur Steuerung eines Elektroventiles für die Entleerung dient.

Das Auftreten einer Störung in einer Transportleitung für elektrische Energie wird durch Schutzeinrichtungen erfaßt.

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Derartige elektronische Schutzeinrichtungen weisen außerordentlich kurze Ansprechzeiten auf, die sich in Mikrosekunden bemessen. Um einen unbeabsichtigten Abfall des Trennschalters zu vermeiden und insbesondere um nur flüchtige Schwankungen oder Störungen mit hohen Frequenzen auszufiltern, muß den Schutzeinrichtungen eine gewisse Ansprechverzögerung gewissermaßen zur kurzzeitigen Betrachtung des StörungsVerlaufs gegeben werden, die wenigstens in der Größenordnung von 0,5 Millisekunden liegen sollte. Um zu einer Zeitverzögerung für die Trennschaltung von insgesamt 2,5 Millisekunden gemäß obigen Überlegungen zu gelangen, verbleiben somit nach der Erzeugung des elektrischen Steuerbefehls zur Trennschaltung 2 Millisekunden, um die Kontakte des Trennschalters in die Abfallstellung zu überführen.

Diese Zeitspanne kann in vier Abschnitte unterteilt werden:

a) Erzeugung eines hydraulischen Steuerbefehls für die Auslösung einer Abströmung geringer Strömungsleistung;

b) hydraulische Übertragung des Steuerbefehls auf ein Ventil mit hoher Strömungsleistung;

c) Druckentlastung des ArbeitsZylinders;

d) Entleerung und damit Betätigung des Arbeitszylinders«

Zur Erzielung einer sehr geringen Ansprechverzögerung des Elektroventils, welches den hydraulischen Steuerbefehl liefert, sollen die beweglichen Teile des Elektroventiles nur eine geringe Trägheitsmasse und einen geringen Schaltweg aufweisen. Es kann daher nur in geringen Abmessungen ausgeführt werden, wodurch sich ein Elektroventil mit geringer Strömungsleistung ergibt.

Bei hydraulischen Steuerungen insbesondere für Trennschalter ist es bekannt, ein solches Elektroventil zur Erzeugung einer Abströmung mit geringer Strömungsleistung als Steuer- oder Pilotventil für ein hydraulisch gesteuertes Abströmventil mit

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großer Strömungsleistung zu verwenden, welches eine Entleerung des Arbeitsraumes des Zylinders herbeiführt.

Es hat sich gezeigt, daß bei bestehenden hydraulischen Steuervorrichtungen mit Drücken zwischen 300 und 500 kg/cm die Schwierigkeit bei einer schnellen Entleerung des Hochdruckraumes nicht nur in der Abfuhr einer bestimmten Ölmenge mit großer Strömungsleistung liegt, sondern vor allem in der Zeitverzögerung der Druckentlastung des Hydrauliköles. Bei diesen Drücken macht sich in der Tat die Kompressibilität des Hydrauliköles nachteilig bemerkbar, die zu einer nicht mehr vernachlässigbaren Verzögerung führt, wenn Verzögerungszeiten in der Größenordnung von Millisekunden angestrebt werden.

Wie weiter unten noch im einzelnen näher erläutert wird, ergibt die Kompressibilität des Hydrauliköles unter einem Druck von 300 kg/cm bei einem Zylinderinhalt von 1 Liter eine Volumensverringerung von 15 cm . Das bedeutet, daß dieses Volumen von 15 cm zunächst einmal beim Beginn der Entleerung des Zylinders aus dem Arbeitsraum abgeführt werden muß, bevor irgendeine mechanische Reaktion einsetzt. Die Vorab-Abfuhr dieser 15 cm über Kanäle mit 20 mm Durchmesser führt bereits zu einer Verzögerungszeit von etwa 0,5 ms, wobei zu beachten ist, daß diese Verzögerungszeit durch die Existenz von Toträumen in der hydraulischen Steuerung noch vergrößert wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Totzeit von 0,5 ms beachtet werden muß, wenn eine Zeitverzögerung von insgesamt nur 2 ms angestrebt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es.daher, die durch die Druckentlastung des Hydrauliköles hervorgerufene Totzeit erheblich zu verringern und ausgehend von einem hydraulischen Steuerbefehl für eine Abströmung mit geringer Strömungsleistung die Flüssigkeit im Hochdruckraum mit hoher Strömungsleistung abzuführen. Dabei soll die Ansprechzeit außerordentlich kurz sein, beispielsweise nur einen Bruchteil einer

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Millisekunde betragen.gerechnet vom Auftreten des hydraulischen Steuerbefehles bis zur Druckentlastung des Hochdruckraumes. Darüberhinaus soll nach der Einleitung der Abströmung diese fortgesetzt werden, bis eine vollständige Entleerung des Hochdruckraumes erzielt ist, wobei für den gesamten Abströmvorgang eine hohe Abströmleistung erzeugt werden soll, derart, daß die Abströmung beispielsweise innerhalb einer Zeitspanne in der Größenordnung einer Millisekunde für 1000 cm Hydrauliköl erfolgt.

Diese Aufgabenstellung wird im einzelnen durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Im Prinzip v/eist danach eine erfindungsgemäße Abströmvorrichtung eine Mehrzahl von Abströmventilen mit wachsenden Strömungsquerschnitten auf, von denen jedes hydraulisch über einen eigenen Steuerzylinder gesteuert wird, und die kaskadenartig hintereinandergesehaltet sind, wobei jedes Abströmventil unmittelbar ohne eine Zwischenschaltung von Leitungen an das davorliegende und das dahinteniegende Abströmventil angesetzt ist.

Durch die körperlich unmittelbare Verbindung der aufeinanderfolgenden Abströmventile untereinander werden schädliche Toträume und damit auch dasjenige Hydraulikölvolumen auf ein Minimum reduziert, welches druckentlastet werden muß, bevor sich die eigentliche Abströmung einstellt. Erfindungsgemäß sind überdies die einzelnen Abströmventile mit an der Niederdruckseite liegenden Ventilkörpern ausgestattet, wodurch weiterhin der wirksame Totraum an jedem Abströmventil vermindert wird, wie dies im folgenden noch näher erläutert wird.

Durch die Anordnung der Abströmventile in einer Kaskade, in der die Ventile aufeinandergesetzt sind, steht der Steueroder Pilotzylinder jedes Ventils unmittelbar mit der Durchflußöffnung des davor liegenden Ventiles in Verbindung, die durch den Schließkörper dieses davor liegenden Ventiles aufgesteuert wird. Das letzte Abströmventil, also dasjenige, das

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den größten Strömungsquerschnitt aufweist, ist mit dem Hochdruckraum des Arbeitszylinders verbunden, der druckentlastet und entleert werden soll, während das Steuer- oder Pilotventil des ersten Abströmventiles, also des Ventiles mit dem geringsten Durchflußquerschnitt, durch den hydraulischen Steuerbefehl für eine Abströmung mit geringer Strömungsleistung gesteuert wird.

Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist das letzte Ventil unmittelbar an den Hochdruckraum angsetzt, so daß die Abflußöffnung des letzten Abströmventiles, welche durch den Schließkörper dieses Ventiles aufgesteuert wird, ohne eine Zwischenschaltung irgendwelcher Leitungen direkt mit dem Inneren des Hochdruckraumes, beispielsweise eines Arbeitszylinders, in Verbindung steht, der druckentlastet und entleert werden soll.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den zusätzlichen Ansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 in einer vereinfachten Darstellung eine erfindungsgemäße Abströmsteuervorrichtung zur hydraulischen Steuerung eines elektrischen Leistungsschalters, wobei lediglich zwei kaskadenartig in einer Reihe liegende Abströmventile dargestellt sind;

Fig. 2 schematisch vereinfacht und teilweise im Schnitt eine Ansicht einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung mit sieben kaskadenartig in einer Reihe hintereinander angeordneten Abströmventilen;

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung im Schnitt eine Einzelheit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung im Schnitt eine andere Einzelheit aus der Vorrichtung gemäß Fig. 2.

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Die in Fig. 1 dargestellte hydraulische Abströmsteuervorrichtung 2 ist im Beispielsfalle für die Erzeugung einer Trennschal tbewegung eines elektrischen Trennschalters vorgesehen, dessen beweglicher Kontakt 4 durch den Kolben 6 eines Arbeitszylinders 8 betätigbar ist, beispielsweise eines Hydraulikzylinders. In der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung des Trennschalters wird der bewegliche Kontakt 4 durch den Druck des Öles im Hochdruckraum 10 des ArbeitsZylinders 8 gegen die Rückstellkraft einer Öffnungsfeder 12 in Schließstellung gehalten.

Zur Überführung des Trennschalters in seine Trenn- oder Abfallstellung beispielsweise beim Auftreten einer Störung in der Leitung 14-14, die der Trennschalter schließt, genügt es, den als Arbeitskammer des Zylinders dienenden Hochdruckraum zu entleeren. Diese Entleerung oder Abströmung wird durch die Abströmsteuervorrichtung 2 bewirkt, die auf einen hydraulischen Befehl für eine Abströmung mit geringer Strömungsleistung hin in ihre Abströmstellung überführt wird. Dieser Abströmbefehl kann durch ein Blektro-Abströmventil 16 erzeugt werden, dessen Schließkörper, der in der Zeichnung durch eine Kugel 18 veranschaulicht ist, mittels einer Stellstange 20 von seinem Dichtsitz· abgehoben werden kann, die durch einen Elektromagneten 22 betätigbar ist. Als Folge der Erregung des Elektromagneten 22 wird die durch den Schließkörper 18 gesteuerte Abströmöffnung einer Kammer 24.. auf gesteuert, so daß eine Abströmung mit geringer Strömungsleistung erfolgen kann.

Die erfindungsgemäße Abströmsteuervorrichtung weist eine Mehrzahl von Abströmventilen 26 -26₂ auf, wobei im vereinfachten Fall gemäß Fig. 1 lediglich zwei Ventile vorgesehen sind. Diese Abströmventile weisen Abströmöffnungen 28..-28₂ mit wachsenden Strömungsquerschnitten auf, die normalerweise durch Schließkörper 3O₁-SO₂ abgeschlossen sind, wobei die Schließkörper hydraulisch durch Kolben 32..-32₂ einzeln zugeordneter Steuer- oder Pilotventile 24₁-24₂ gesteuert werden.

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Nach einem Merkmal der Erfindung sind die Abströmventi-Ie 26 -26₂ usw. kaskadenartig in einer Reihe angeordnet und ein Ventil unmittelbar an das andere angesetzt. Auf diese Weise ist die Oberseite des Körpers des Abströmventils 2O₁ unmittelbar an die Unterseite des Körpers des Abströmventils 26₂ angesetzt, wobei eine Dichtung 34₂ zwischengeschaltet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 1 die erforderlichen Haltemittel wie Schrauben, Spannanker, Gewinde od. dgl. zur Verbindung der Abströmventile untereinander nicht näher dargestellt. Bei dieser Anordnung sind keinerlei zusätzliche Leitungen oder Kanäle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abströmventilen erforderlich, so daß der Totraum zwischen den Ventilen auf ein Minimum reduziert ist.

Daher umfaßt der Totraum zwischen zwei Abströmventilen, beispielsweise den Abströmventilen 26.. und 26_2/lediglich das durch die Kammer 24₂ bestimmte Volumen und das Volumen im Inneren der Abströmöffnung 28 .

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Zylinder jedes Steuer- oder Pilotventiles (beispielsweise des Steuerventiles 24,0 in unmittelbarer- Verbindung mit der Abströmöffnung (beispielsweise der Abströmöffnung 28., ) des vorhergehenden Ventiles, wobei die Abströniöffnung durch den Schließkörper (z.B. den Schließkörper 30 ) dieses vorhergehenden Ventils gesteuert ist.

Der Steuerzylinder 24.. des ersten Abströmventils 2O₁ (des Ventiles mit dem geringsten Abströmquerschnitt) ist ebenso unmittelbar an das Elektroventil 16 angeschlossen, welches den hydraulischen Steuerbefehl für eine Abströmung mit geringer Abströmleistung liefert, der die erfindungsgemäße Abströmsteuervorrichtung insgesamt in die Abströmstellung überführt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist auch das letzte

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Abströmventil, hier das Ventil 26_p, mit dem größten Abströmquerschnitt unmittelbar mit dem Hochdruckraum 10 verbunden, der druck ent last et und entleert- werden soll, ohne daß irgendeine zusätzliche Leitungs- oder Kana!verbindung vorgesehen ist, wobei die Oberseite des obersten Abströmventils 26_ unmittelbar unter Zwischenschaltung einer Dichtung 34-, am Boden des ArbeitsZylinders 8 angesetzt ist.

Sämtliche Abströmventile 26-26 usw. besitzen dieselbe Bauweise und unterscheiden sich lediglich durch ihre Abmessungen, die derart gewählt sind, daß die Abstromquerschnitte von Ventil zu Ventil anwachsen, wie dies weiter unten noch näher erläutert wird.

Mit Rücksicht auf die gleiche Bauweise genügt eine nähere Erläuterung des Aufbaues nur eines Abströmventiles, beispielsweise des Abströmventiles 26_p. Dieses Ventil weist einen Ventilkörper 36 auf, in dem eine innere Ventilkammer 38p vorgesehen ist, die wahlweise durch die normalerweise durch den Schließkörper 30„ abgeschlossene Abströmöffnung 28„ mit dem benachbarten Hochdruckraum 10 in Verbindung gesetzt werden kann und ständig mit einem oder mehreren Öffnungen 40„ mit einem Niederdruckraum in Verbindung steht, üblicherweise ein Ölbad oder ein Flüssigkeitsspeicher unter Atmosphärendruck.

Für die Erfindung von Bedeutung ist dabei, daß der Schließkörper 30_o an der Niederdruckseite des Abströmventils 26„ vorgesehen ist.

Der Kolben 32_, der einstückig mit dem Schließkörper 30^ ausgeführt ist, kann in der Kammer des Ventilkörpers gleiten und ist in dieser durch einen oder mehrere Dichtringe 42 abgedichtet.

Jeder Schließkörper, wie beispielsweise der Schließkörper 3O₂ ist normalerweise an seinem Dichtsitz gegen den oberhalb des

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Schließkörpers wirkenden Hochdruck angedrückt, der den Schließkörper abzuheben sucht, wobei dieser jedoch durch den in der Kammer^ beispielsweise 24_?.des zugehörigen SteuerZylinders wirkenden Hochdruck angedrückt bleibt. Die beiden Drücke sind bevorzugt gleich hoch, wie dies weiter unten noch deutlich wird, und es genügt zur Aufrechterhaltung der Schließstellung jedes Schließkörpers, daß die Oberfläche des Kolbens wie des Kolbens 32_? größer (beispielsweise für eine ausreichende Sicherung der Schließstellung um 25 bis 30 % größer) als die Oberfläche des Schließkörpers ist, die dem Hochdruck ausgesetzt ist, also größer als die Querschnittsfläche der Abströmöffnung 28_pl die den Sitz des Schließkörpers bildet.

Schließlich wird jeder Ventilkörper der Absperrventile, beispielsweise der Ventilkörper 36 von einer Öffnung 44p durchsetzt, die in die Kammer 24₂ des SteuerZylinders einmündet' und, wie weiter unten näher erläutert wird, der Rückspeisung von Öl unter Hochdruck in sämtliche Steuerzylinder dient.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Abströmsteuervorrichtung erläutert, beginnend mit der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung, in der bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die hydraulische Steuerung eines Trennschalters ein solcher Trennschalter in seiner Schließstellung gehalten wird.

In dieser Stellung ist der die Arbeitskammer des Arbeitszylinders B bildende Hochdruckraum 10 mit Hydrauliköl unter Druck gefüllt, beispielsweise unter einem Druck von 300 kg/cm , wodurch der Kolben 6 gegen die Kraft der Öffnungsfeder 12 in seiner oberen Lage gehalten wird. Ebenso sind die Kammern 24..-24, der Steuerzylinder mit Öl unter dem gleichen Druck gefüllt» wodurch die Schließkörper 3O₁-SOp an ihre Dichtsitze angedrückt sind, und zwar ebenso wie auch der als Kugel 18 ausgebildete Schließkörper des Elektroventils 16. Bei diesem Betriebszustand ist zu unterstellen, daß die Öffnungen 44--44₂

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zur Rückspeisung von Öl geschlossen sind.

Die Kompressibilität des Öles (etwa 5 x 1O~~⁵ pro kg/cm Drucksteigerung) ergibt bei einem Druck von 300 kg/cm eine Volumensverminderung von etwa 15 cm pro Liter.

Wenn beispielsweise unterstellt wird, daß das Volumen V des Hochdruckraumes 10 und des sehr kleinen Totraumes, der durch die Öffnung 28_O gebildet wird, ein Liter beträgt, so müssen bei der Öffnung des Schließkörpers 30 zunächst 15 cm zur Druckentlastung oder Entspannung dieses Ölvolumens abströmen, bevor eine tatsächlich Volumenentnahme oder Entleerung wirksam wird, bevor also der Arbeitskolben 6 sich zu verschieben beginnt. Dadurch ergibt sich somit eine gewisse Verzögerung durch die Druckentlastung, die im folgenden noch näher erläutert wird.

Ebenso führen auch die durch die erläuterte Verminderung der Toträume erheblich geringeren ölvolumen in den Kammern 24- und 24p zu einer Verzögerung der Druckentlastung.

Wenn somit ein elektrischer Steuerbefehl zum Öffnen des Trennschalters das Elektroventil 16 zu einer Sehaltbewegung veranlaßt, so hebt der Schließkörper 18 von seinem Dichtsitz ab, wozu eine Zeitspanne t- erforderlich ist. Während einer zweiten Zeitspanne t₂ wird das in der Kammer 24- enthaltene Öl druckentlastet, wobei eine geringe Ölmenge durch den Auslaß (vgl. Pfeil 46) ausströmt, ohne daß sich der Kolben 32₁ mit dem Schließkörper 30 bewegt. Am Ende der Zeitspanne tp, wenn das Öl druckentlastet ist, beginnt der Schließkörper 3O₁ unter der Einwirkung des Druckes in der Kammer vom Dichtsitz abzuheben und erfolgt eine Entleerung der Kammer 24- während einer Zeit t~, in der der SchTießkörper 30-seine Abhebebewegung abschließt.

Vom Beginn der Öffnungsbewegung des Schließkörpers 30- an,

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also nach Ablauf der Zeitspanne t», kann sich das Öl in dem Steuerzylinder 24_? entspannen, wobei eine geringe Ölmenge, die der Kompressibilität des Öles in der Kammer 24₂ entspricht, durch die Öffnungen 28 und 4O₁ (vgl. Pfeil 48) abströmt. Diese Druckentlastung erfordert eine Zeitspanne t., während der der zweite Schließkörper 30 immer noch auf seinem Dichtsitz bleibt. Die vollständige Entleerung des Zylinders 24« erfolgt im Anschlauß daran während einer Zeitspanne t^, während der der Schließkörper 30_ seine Abhebebewegung \om Dichtsitz vollendet.

Vom Beginn der Öffnungsbewegung des Schließkörpers 30_ an, also kurz nach Ablauf der Zeitspanne t._t kann si schließlich das Öl im Arbeitszylinder 8 zu entspannen beginnen, wobei ein der Kompressibilität des Öls im Hochdruckraum 10 entsprechendes Ölvolumen durch die Öffnungen 28_ und 4O₂ (vgl. Pfeil 50) abfließt. Diese Entspannung erfordert eine Zeitspanne tg, die weiter unten noch näher erläutert wird, und erst nach Ablauf dieser Zeitspanne t_ß beginnt die Entleerung des Arbeitszylinders 8 wirksam zu werden, beginnt also der Arbeitskolben 6 sich zu verschieben und leitet die Bewegung seines mechanischen Betätigungsgliedes (hier des beweglichen Kontaktes 4) ein.

Es ist zu betonen, daß die gesamte Zeitverzögerung im Ansprechverhalten der erfindungsgemäßen Abströmsteuervorrichtung von der Erregung des Elektroventiles bis zur Bewegung des mechannischen Betätigungsgliedes des Arbeitszylinders keineswegs durch die Addition der Zeitspannen t₁+t₂+t₍,+t.+t_t-+tg gegeben ist, da sich die verschiedenen Zeitspannen überdecken, die ihnen zugeordneten Bewegungsvorgänge also zum Teil gleichzeitig ablaufen.

Die letzte Zeitverzögerung für die Druckentlastung, hier also die Zeitspanne tg, ist die längste, da das zu entlastende Volumen, das Volumen des Hochdruckraumes 10, erheblich größer als dasjenige, der Kammern 24..-24₂ usw. der S teuer zylinder ist,

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in denen das Öl ebenfalls druckentlastet werden muß.

Nachfolgend werden zur Erläuterung die Konstruktionsparameter untersucht, die das Abströmventil mit dem größten Abströmquerschnitt aufweisen muß, um eine Druckentlastung des im Beispielsfalle einen Liter fassenden Hochdruckraumes 10 in einer Zeitspanne tg von höchstens 1/10 ms herbeizuführen. Es ist bereits erläutert worden, daß bei einem Druck von 300 kg/cm das zur Druckentlastung· erforderliche Abströmvolumen Q 15 cm beträgt. Es kann unterstellt werden, daß die mittlere Abströmgeschwindigkeit des Öles V bei 100 m/s oder 10 cm/s liegt, wobei sich, wenn S die Oberfläche in cm der Öffnung 28_Q (wirksame Oberfläche des Schließkörpers 3O₂) ist, ergibt: Q=VxSx t^; oder umgewandelt: _n -_R _o

Wenn angenommen wird, daß der Hochdruckraum 10 ein Fassungs-

p vermögen von einem Liter, einen Querschnitt von 50 cm und einen vorgesehenen Kolbenhub von 20 cm aufweist, so zeigt sich, daß der Querschnitt der Abströmöffnung 28„ etwa i/3 des Querschnitts des Arbeitszylinders sein soll, was eine erhebliche Größe ist und die Bedeutung der Maßnahme zeigt, das letzte Abströmventil 26_p unmittelbar an den Boden des Arbeitszylinders anzusetzen, um jegliche Leitungsverbindung größerer Länge und starken Querschnittes zu vermeiden, welche die Toträume in untragbarer Weise vergrößern würde. Es ist zu bemerken, daß die gesamte Ansprechverzögerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur durch die Überdeckung der einzelnen Arbeitsabschnitte vermindert wird, sondern auch durch die hydrodynamische Unterstützung der Öffnungsbewegung der Schließkörper, sobald diese mit der Öffnungsbewegung begonnen haben.

Dadurch, daß die Schließkörper 3O₁-SO₂ an der Niederdruckseite des entsprechenden Ventiles angeordnet sind, wird in

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der Tat erreicht, daß die Flüssigkeitsströmung bei der Abströmung die Abhebebewegung der Schließkörper unterstützt und diese zu beschleunigen sucht, sobald deren Öffnungsbewegung eingeleitet ist, ganz im Unterschied zu den Verhältnissen, die vorliegen würden, wenn die Abströmventile ihre Schließkörper an der Hochdruckseite des Ventiles aufweisen wurden. Diese vorteilhafte hydrodynamische Unterstützung oder Beschleunigung kann noch durch eine entsprechende Formgebung des Abschnittes der Schließkörper unterstützt werden, der der abströmenden Flüssigkeit ausgesetzt ist, sofvie dies in der französischen Patentanmeldung Nr. 74 06 811des Anmelders erläutert ist.

Bei der vereinfachten Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit nur zwei Abströmstufen oberhalb des Elektroventils kann angenommen werden, daß die Abströmquerschnitte gemäß einer geometrischen Reihe mit einem Faktor 30 anwachsen, wodurch die aufeinanderfolgenden Strömungsquerschnitte, beginnend von der Öffnung 28 mit einem Querschnitt von 15 on , folgende Abmessungen erhalten:
Öffnung 28 = 15 cm²/30 =0,5 cm²;

Querschnitt des Abströmkanales am Elektroventil 16 =

0,5 cm²/30 =1,7 mm².

Mit besonderem Vorteil wird ein Elektroventil 16 mit einer Abströmöffnung mit einem Querschnitt im oben angegebenen Bereich gewählt, da derartige Elektroventile so ausgebildet werden können, daß sie ein hervorragendes Ansprechverhalten aufweisen, beispielsweise unterhalb 1 ms, etwa im Bereich von 0,5 ms nach dem Auftreten des das Elektroventil erregenden elektrischen Signales. Ein solches Ultra-schnell ansprechendes Elektroventil ist ebenfalls in der vorgenannten Patentanmeldung beschrieben.

Es wird betont, daß der angegebene Steigerungsfaktor des Querschnittes der Reihe der Abströmöffnungen lediglich erläuternde Bedeutung hat, da es in der Praxis in der weiter

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unten im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 näher erläuterten Weise vorteilhafter ist, eine geometrische Reihe mit geringerem Faktor zu wählen, beispielsweise in der Größenordnung von etwa 3 für die Querschnitte der Abströmöffnungen, um die Geschwindigkeiten der bewegten mechanischen Bauteile der Ölgeschwindigkeit anzupassen.

Als Grundlage für die obige Schätzung ist im Zusammenhang mit der Ausbildung gemäß Fig. 1 angenommen worden, daß die Totzeit tg für die Entspannung des Öls im Hochdruckraum 10 bei 1/1O ms liegt. Wird der Faktor der geometrischen Steigerungsreihe von 30 beibehalten und angenommen, daß, wie be«~ reits früher erwähnt, die Kolben 32p-32.. Querschnitte aufweisen, die um 25 bis 30 % über denjenigen der zugehörigen öffnungen 28_O-28₁ liegen, so können hieraus die Ölvolumina in den Kammern 24₂-24- zu etwa 21 cm und 0,13 cm bestimmt werden.

Bei einem Druck von 300 kg/cm erfordern diese Volumen für die Entspannung Totzeiten von t. = 0,06 ms und tp =* 0,01 ms. Die gesamte Totzeit oder Verzögerungszeit für die Druckentlastung der in Fig. 1 veranschaulichten Vorrichtung ergibt sich damit aus:

^t2^+t4^+t6 = °»¹ +0,06+0,01 = 0,17 ms.

Nach der Druckentlastung werden die Schließkörper-Kolben-Anordnungen 30₂-32₂ bzw. 3O₁-32₁ bei der für Fig. 1 gewählten Darstellung durch den auf die Oberseite der Schließkörper wirkenden Druck nach unten getrieben, wobei unter der Einwirkung der zuvor erläuterten hydrodynamischen Beschleunigung dieser Bewegung Beschleunigungswerte von bis zu 2000 g (g ss Erdbeschleunigung von 9,81 m/s ) erreicht werden. Unter diesen Bedingungen beträgt die Hubzeit der Schließkörper bis zur vollständigen Öffnung: t^ = 1 ms etwa für den Schließkörper 30-, dessen Hub.etwa 1,1 cm beträgt, und t„ » 0,3 ms etwa für den Schließkörper 3O₁, dessen Hub etwa 0,2 cm beträgt.

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Die gesamte theoretische Ansprechverzögerung beträgt somit t_o+t„+t_/,+t,-+t-_r = 1,47 ms, die jedoch durch die Überdeckung der Ventilöffnungsbewegungen um etwa 0,2 ms verringert wird, was eine tatsächliche Ansprechverzögerung von etwa T = 1,3 ms ergibt.

Wenn für die Steuerung der erfindungsgemäßen Abströmsteuervorrichtung ein ultra-schnelles Elektroventil der zuvor genannten Art verwendet wird, dessen Ansprechverzögerung in der Größenordnung von 0,6 ms liegt, so ergibt sich bezogen auf die gesamte Abströmsteuervorrichtung vom Auftreten des elektrischen Steuersignales bis zur Bewegung des mechanischen Betätigungsgliedes, im Beispielsfalle des beweglichen Kontaktes des Trennschalters, eine Ansprechverzögerung von etwa 0,6 + 1,3 = 1,9 ms.

Die Verzögerung der wirksamen Trennung des beweglichen Kontaktes 4 vom festen Gegenkontakt im Verlauf seiner Bewegung hängt von dem Kontaktabstand ab, wobei eine gleiche Beschleunigung, im Beispiel 2000 g, des beweglichen Betätigungsgliedes unterstellt werden kann.

Das bedeutet, daß bei einem Bewegungsweg von 10 cm die Trennungsverzögerung bei 3 ms liegt, was insgesamt zu einer Totzeit von 4,9 ms (unterhalb i/4 Periode) führt, wobei die oben erläuterte Ansprechverzögerung inbegriffen ist.

Um zu einer noch geringeren Verzögerung der Schalterbewegung zu gelangen, muß der zur Überführung in die Trennstellung erforderliche Bewegungsweg des beweglichen Kontaktes 4 verringert werden, wobei eine zusätzliche Wegstrecke zur Sicherstellung einer dauernden ■· dielektrischen Isolierung hinzugerechnet werden muß. In diesem Falle können bestimmte dielektrische Medien verwendet v/erden, beispielsweise ein im flüssigen Zustand dielektrisches Gas wie etwa das unter der Bezeichnung SF 6 erhältliche Gas. Derartige Leistungsschal-

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ter, bei denen ein verflüssigtes dielektrisches Gas eingesetzt wird, sind in der DT-OS 2 245 170 des Anmelders beschrieben. Wenn der Arbeitsweg des beweglichen Kontaktes auf 11 mm \ermindert ist, beträgt die Bewegungszeit des beweglichen Kontaktes etwa 1 ms, was zu einer Gesamtverzögerung unter Einschluß der Ansprechverzögerung der Abströmsteuervorrichtung von 1,9+1 =2,9 ras führt, was nur noch 60 % einer i/4 Periode entspricht.

Im Rahmen der vorstehenden Erläuterungen ist lediglich die Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Abströmsteuervorrichtung bei ihrer Überführung von der Ruhestellung gemäß Fig. in die Abströmstellung erläutert worden. Im folgenden soll kurz die Rückführung der Vorrichtung in die Ruhestellung untersucht werden, d.h. also bei einer Anwendung in der hydraulischen Steuerung eines Trennschalters bei der Rückstellung des Trennschalters in die Schließstellung.

Wie bereits erwähnt wurde, sind zur Rückspeisung von Öl in die Kammern 24-|-24₂ der Steuerzylinder Leitungen 44.,-44^ vorgesehen. Diese Leitungen sind mit Vorteil mit Drosselventilen 218. 218₂ versehen und über eine Leitung 222 an eine Quelle 230 für Öl unter Hochdruck wie einen Pneumatik-Ölakkumulator, angeschlossen, In der Leitung 222 kann ein Absperrorgan angeordnet sein, was jedoch, wie sich weiter unten noch zeigen wird, nicht zwingend erforderlich ist.

Der Arbeitszylinder 8 weist ebenfalls eine Rückspeisungsöffnung 234 auf, die über eine Leitung 236 mit einem Drosselventil 23Ö an einen an sich bekannten Steuerschrank 240 od. dgl. angeschlossen ist, der in der Zeichnung schematisch vereinfacht durch ein Absperrorgan 242 veranschaulicht ist, welches die Herstellung einer Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder 8 und dem hydropneumatischen Druckspeicher 230 gestattet.

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Um den Trennschalter anzuschließen, genügt es, zeitweilig das Absperrorgan 232 zu öffnen, um Drucköl in die Kammern 24--24 der Steuerzylinder einzulassen, so daß die Schließkörper 3O₁-SO₂ wieder abschließen.

Sodann wird das Absperrorgan 242 geöffnet und der Kolben 6 durch das Drucköl gegen die Kraft der Öffnungsfeder 12 wieder hinausgeschoben, wobei er den beweglichen Kontakt 4 gegen den festen Kontakt mitnimmt. Sodann ist die in Fig. 1 veranschaulichte Stellung wieder erreicht.

In der Praxis ist es nicht erforderlich, das Absperrventil 232 in der Leitung 222 vorzusehen, wenn die Durchflußöffnung der Drosselventile 218-218 richtig gewählt wird, beispielsweise durch Verwendung von Drosselblenden von 0,3 mm Durchmesser.

In diesem Falle sind die Zylinderkammern der Abströmventile ständig mit der Hochdruckquelle verbunden, was jedoch nicht nachteilig ist, da der Querschnitt der Drosselstellen oder Lochblenden für die Rückspeisung im Vergleich zum Querschnitt der Abströmöffnungen der Abströmventile sehr gering ist. Dadurch wird erreicht, daß die Schließkörper der Abströmventile sich nacheinander und automatisch wieder schließen, sobald der Steuerbefehl zur Überführung in die Abströmstellung nicht mehr vorliegt. Dies ist insbesondere dann von besonderem Vorteil, wenn Trennschalter gesteuert werden sollen, da hierdurch Überführungen in die Abfallstellung und in die Schließstellung unmittelbar hintereinander schnell durchgeführt werden können, was bei derartigen Vorrichtungen häufig gefordert werden muß.

In Fig. 2 ist in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine erfindungsgemäße Abströmsteuervorrichtung zur Steuerung der Abströmung aus dem Hydraulikzylinder 8 einer hydraulischen Steuerung eines Trennschalters dargestellt.

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Die Steuervorrichtung weist bei dieser Ausführungsform sieben Abströmventile 26 -26p....26g-26„ auf, die kaskadenartig übereinandergesetzt sind und deren Abströmquerschnitte beispielsweise gemäß einer geometrischen Reihe anwachsen, wobei der Steigerungsfaktor der geometrischen Reihe beim dargestellten Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von 3 liegen möge.

In Fig. 3 ist der Abschnitt der Vorrichtung mit den Abströmventilen 26_-26^-26₇ vergrößert dargestellt. Dabei ist gemäß der gewählten Auslegung der Querschnitt der Öffnung 28_ß etwa dreimal so groß wie derjenige der Öffnung 28^ und der Querschnitt der Öffnung 28„ (Pig. 2) wiederum dreimal so groß wie derjenige der Öffnung 28g, usf.

Das Abströmventil 26„ mit dem größten Abströmquerschnitt ist unmittelbar an den Boden des Zylinders 10 angesetzt, während das Abströmventil 26 mit dem geringsten Strömungsquerschnitt direkt oberhalb des Elektroventiles 16 zur Steuerung der Abströmung angeordnet ist.

Vorteilhaft weist das Elektroventil 16 und sein Betätigungselektromagnet 22 ein sehr gutes Ansprechverhalten auf, wie dies in der weiter oben genannten Patentanmeldung beschrieben ist, so daß deren Ansprechverzögerung etwa 0,6 ms für

einen Abströmquerschnitt von etwa 1,5 mm betragen kann. Bei der gewählten Anzahl von kaskadenartig übereinandergesetzten Abströmventilen und der oben erwähnten Zunahme der Abströmquerschnitte kann der Querschnitt der Abströmöffnung 28₇ des

letzten Abströmventiles in der Größenordnung von 35 cm liegen_t was einen außerordentlich großen Abströmquerschnitt darstellt, der eine extrem schnelle Druckentlastung und Entleerung des Arbeitszylinders 8 gewährleistet.

Wenn davon ausgegangen wird, daß der Arbeitszylinder 8, der entleert werden soll, ein Fassungsvermögen von einem Liter

bei einer Querschnittsfläche von 100 cm und einem Hubweg

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des Kolbens von 10 cm aufweist, so beträgt die Querschnittsfläche der Abströmöffnung 23 etwa 1/3 der Querschnittsfläche des Arbeitszylinders 8.

Um die Entleerung noch weiter zu beschleunigen und keinen Druckabfall in die Leitungswege für die Abströmung zusätzlich einzuführen, wird der Stapel aufeinandergesetzter Abströmventile insgesamt vorzugsweise in einen Speicher 202 mit Atmosphärendruck hineingesetzt·, in den unmittelbar die Öffnungen 4O₁, 40p...40g, 40„ der verschiedenen Ventile einmünden. Der Speicher 202 entleert sich über eine untere Öffnung 204 und mit Vorteil wird der Speicher normalerweise leer gehalten, um jeglichen Gegendruck, der beim Abfall des Trennschalters ein Ausströmen aus den Öffnungen 40 ...4O₇ der Abströmventile behindern könnte und wie er diich einen steigenden Ölspiegel im Speicher 202 auftreten könnte, sicher zu vermeiden.

In Fig. 3 ist im einzelnen eine Ausführungsform der Verbindung der einzelnen übereinandergesetsten Abströmventile und eine Ausführungsform einer sehr leichten Bauweise der Ventile mit größeren Abströmquerschnitten veranschaulicht.

Der Ventilkörper, wie der Körper 36g,jedes Ventiles wie des Ventiles 26^ ist nach oben hin durch einen Gewindekragen 206 verlängert, in dem ein unterer Gewindeabschnitt 208 des Körpers des unmittelbar darüberliegenden Abströmventil 26„ eingeschraubt ist, wobei zwischen beiden Ventilen eine Dichtung 34-j eingesetzt ist.

Um die Ansprechverzögerung der gesamten Steuereinrichtung soweit wie möglich zu vermindern, muß die Öffnungsverzögerung jedes Schließkörpers so gering wie möglich gehalten verden, muß also jeder Schließkörper im Moment der Öffnung mit einer möglichst großen Beschleunigungskraft unter dem Einfluß der Druckkraftdifferenz zwischen der Oberseite des Schließkörpers und der Unterseite des zugehörigen Steuerkolbens eingetrieben

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werden. Zur Erhöhung dieser Beschleunigung ist es darüberhinaus von Vorteil, wenn die bewegten Teile (Schließkörper und Steuerkolben) möglichst leicht bauen, was insbesondere für die Schließkörper-Kolben-Anordnungen der letzten Ventile, beispielsweise die letzten drei Ventile gilt, da diese vergleichsweise groß ausfallen.

Daher besteht die Schließkörper-Kolben-Anordnung 30^-32^ bevorzugt aus einem Hohlkörper aus einer Leichtmetall-Legierung, auf den an seiner Oberseite ein Ring 210 aus Hartmetall aufgesetzt ist, der gegen den unteren Rand der Öffnung 28_ß anliegt, die den Dichtsitz des Schließkörpers 3O₆ bildet. Das untere Ende des Hohlteiles ist durch einen Gewindestopfen 212 abgeschlossen, in den eine Schraube 214 eingesetzt ist, die ein becherförmiges Bodenstück 216 hält und dabei die Dichtringgarnitur 42g des Steuerkolbens unter Druck setzt. An dieser Stelle darf daran erinnert werden, daß der Querschnitt des Kolbens um etwa 25 bis 30 % größer als derjenige des Schließkörpers (Querschnitt der Öffnung 28^) ist, um einen sicheren Sitz des Schließkörpers auf seinem Dichtsitz zu gewährleisten.

In dem vereinfachten Fall gemäß Fig. 1 mit einem Steigerungsfaktor 30 für aufeinanderfolgende Ventilquerschnitte ist der Querschnitt eines Steuerkolbens z.B. 32₂ etwa 38 χ größer als der zugehörige Abströmquerschnitt wie 28 . Das bedeutet, daß die Geschwindigkeit des Öles in der Abströmöffnung 38 χ größer ist als die Geschwindigkeit des zugehörigen, darüberllegenden Kolbens, was zu übermäßigen Ölgeschwindigkeiten führen kann, die am Ende des Kolbenweges den Steuerkolben bremsen.

Aus diesem Grunde ist es vorteilhafter, eine geringere Steigerung der wachsenden Querschnitte der Abströmventile vorzusehen, wie dies beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und bereits erwähnt ist. In einem solchen Fall, wenn die Abströmquerschnitte beispielsweise um einen Faktor 3 vergrößert werden,

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beträgt die Querschnittsfläche des Steuerkolbens etwa das 3,8 fache des zugehörigen Abströmquerschnittes, was nur zu einer etwa 4 x so großen Geschwindigkeit des Öles gegenüber derjenigen des Kolbens führt. Trotz der Erhöhung der Anzahl der kaskadenartig übereinanderliegenden Abströmventile, beispielsweise einer Anzahl von 8 gegenüber einer Anzahl von 3, wird dadurch eine weitere Verkürzung der Ansprechzeit erzielt, wobei die Überdeckung der einzelnen Verzögerungszeiten der Steuerkolben zur Erzielung einer solchen kurzen Ansprechzeit beiträgt.

In Fig. 3 sind weiterhin Leitungen ...44,--44g... erkennbar, die jeweils die Ventilkörper ... 36,.-36₆... durchqueren und in die Kammern ...24₆-24₇... einmünden, um Drucköl den Steuerkolben der zugehörigen Schließkörper wieder zuzuführen. In diesen Leitungen sind Drosselventile oder Drosselblenden ...21Ög-218„ vorgesehen, die bereits weiter oben erwähnt wurden; derartige Drosselblenden können beispielsweise einen Durchflußquerschnitt von etwa 0,3 mm aufweisen. Die Leitungen .. .44₅~44₆·.. sind durch Anschlüsse .. ,220,.-22O₆... mit Leitungen wie der Leitung 222^ verbunden, die aus dem Speicher 202 herausgeführt sind und einen Anschluß an eine Quelle für Drucköl unter Druck bilden.

In Fig. 4 ist in vergrößertem Maßstab im Schnitt ein anderer Abschnitt aus der übereinandergestapelten Reihe der Abströmventile in einer erfindungsgemäßen Abströmsteuervorrichtung dargestellt, und zwar der die Abströmventile mit den geringsten Abströmquerschnitten umfassende Abschnitt mit den Abströmventilen 26-26-.

Wie bereits erwähnt wurde, haben die aufeinanderfolgenden Abströmventile wachsende Abströmquerschnitte, die beispielsweise gemäß einem Faktor R nach einer geometrischen Reihe anwachsen.

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Daher erscheint es folgerichtig, wenn das Elektroventil 16, welches den hydraulischen Steuerbefehl für die gesamte Vorrichtung liefert, einen Abströmquerschnitt s aufweist und dem Schließkörper 30 bzw. der zugeordneten Abströmöffnung 2S₁ des ersten Abströmventiles 26. dementsprechend ein Querschnitt s-i R χ s gegeben wird, wonach der Abströmquerschnitt 28_ des zweiten Abströmventiles einen Querschnitt S₂ = R χ s erhält, usf.. Es ist dies auch die im Zusammenhang mit Fig. 1 zuvor beschriebene Lösung.

Um die Ansprechverzögerung des gesamten Abströmsystems (Elektroventil + Kaskade der Abströmventile) zu vermindern, kann es in der Praxis von Vorteil sein, für das erste Abströmventil 26,. eine Abströmöffnung vorzusehen, die dem Abströmquerschnitt des Elektroventiles entspricht. Tatsächlich ist die Ansprechverzögerung eines Elektroventiles mit Rücksicht auf die mechanische und elektrische Trägheit dieser Vorrichtung doch wiederum vergleichsweise lang, trotz der geringen Abmessungen, in denen dieses Ventil ausgeführt werden kann, und trotz aller möglichen Verbesserungen, die daran vorgenommen werden können. Im Gegensatz hierzu ist die Ansprechverzögerung eines Abströmventiles, welches durch einen. Steuerkolben hydraulisch gesteuert wird, erheblich geringer, da diese Ansprechverzögerung in der Praxis reduziert ist auf die Zeit für die Druckentlastung des Öles im Steuerzylinder.

Die sich aus diesen Überlegungen ergebende Lösung ist in Fig. 4 veranschaulicht, in der nur der obere Teil des Elektroventiles 16 dargestellt ist, zusammen mit dem gesamten ersten Abströmventil 26.. und dem unteren Teil des zweiten Abströmventiles 26₂.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist ein ultra-schnelles Elektroventil 16 der in der genannten Patentschrift beschriebenen Art vorgesehen, was bedeutet, daß der Schließkörper 18· an der Niederdruckseit· des Ventiles 16 angeordnet ist, und

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nicht, wie im Falle der den Schließkörper bildenden Kugel 18 gemäß Fig. 1 an der Hochdruckseite. Der Schließkörper 18· wird normalerweise durch eine Schließfeder 224 an seinen Dichtsitz angedrückt. Im übrigen wird der Schließkörper 18' durch Zug betätigt, wie dies durch Pfeil 226 angedeutet ist, um das Ventil zu öffnen, wozu ein schnelles elektromagnetisches Betätigungsorgan vorgesehen ist, welches in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Der Querschnitt der Öffnung des Elektroventiles 16, also der Öffnung 228 beträgt beispiels-

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weise etwa s = 1,5 mm .

Das erste Abströmventil 26.. _s welches somit das erste hydraulisch und nicht elektromagnetisch gesteuerte Ventil darstellt, ist unmittelbar oberhalb des Elektroventiles 16 angeordnet. Der Querschnitt des Schließkörpers dieses Ventiles, d.h. der Querschnitt seiner Abströmöffnung 28 , ist im wesentlichen gleich dem Querschnitt s der Abströmöffnung 228 des Elektroventiles und nicht gleich einem Vielfachen R des Querschnittes s gemäß einer geometrischen leihe. Die Oberfläche des Kolbens 32 , der einstückig mit dem Schließkörper ausgebildet ist, weist somit eine Fläche von nur etwa 1,3 x s auf, wobei die Abströmöffnung 228 aus der ,Kammer 24,, des Steuerzylinders etwa 75 % der Querschnittsfläche dieses Steuerzylinders einnimmt, was eine ultra-schnelle Druckentlastung der Kammer 24.. ermöglicht, insbesondere wenn berücksichtigt wird, daß das Volumen dieser Kammer unter Einschluß des Totraumes in der Abströmöffnung 228 in der Größenordnung zwisehen 4 und 6 mm liegt. Bei einem Druck von 300 kg/cm beträgt das aus der Kammer abzuführende Ölvolumen zur Druckentlastung größenordnungsmäßig etwa 1/1O mm⁰, also ein Volumen, welches sofort abströmen kann, wenn der Schließkörper 18· zu öffnen beginnt, ohne daß hierzu das Ende dessen Öffnungshubes abgewartet werden müßte. Da der Schließkörper sehr leicht ist, kann er erheblich schneller beschleunigen als die beweglichen Bauteile des Elektroventiles, so daß der Schließkörper 30 des Abströmventiles 26^ bereits vollständig offen

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ist, bevor der Schließkörper 18· des Elektroventiles seinen Öffnungshub beendet hat. Auch aus diesem Zusammenhang wird erfindungsgemäß Nutzen hinsichtlich einer Ausnutzung der zeitlichen Überdeckung gleichzeitig ablaufender Vorgänge gezogen, wodurch eine Addition von Arbeitszeiten der einzelnen Ventile vermieden ist.

In Versuchseinrichtungen sind Verzögerungszeiten der gesamten Vorrichtung unterhalb von 2 ms erreicht worden, wobei diese Verzögerungszeit berechnet ist vom Beginn der Aussendung des elektrischen Öffnungs-Steuerbefehles bis zum Ende eines Bewegungsweges des beweglichen Kontaktes des Trennschalters von 11 mm.

Diese Gesamtverzögerung setzt sich zusammen aus 0,5 ms für das Elektroventil, 0,5 ms für die Kaskadenreihe der Abströmventile und schließlich 1 ms für den Arbeitsweg des Zylinders zur Betätigung des beweglichen Kontaktes.

Die erfindungsgemäße Abströmsteuervorrichtung, angewandt bei einem mit verflüssigtem SF 6 arbeitenden Trennschalter der in der genannten DT-OS 2 245 170 _s genannten Art, ermöglicht somit eine Übertragung einer Strömungsbewegung über eine Widerstandsstrecke mit den oben angegebenen Verzögerungszeiten.

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Claims

Patent- (Schutz-) Ansprüche

1. Hydraulische Abströmsteuervorrxchtung für die schnelle Druckentlastung und Entleerung eines Hochdruckraumes, die ihrerseits durch eine Auslösung eine Abströmung mit geringer Strömungsleistung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Abströmventilen (26) mit Abströmöff nungen (28) steigenden Querschnittes vorgesehen ist, von denen jedes einzelne durch einen eigenen Steuer- oder Pilotzylinder (24) mit Steuerkolben (32) hydraulisch steuerbar ist, daß die Abströmventile (26) kaskadenartig aneinandergereiht angeordnet sind, wobei jedes Abströmventil ohne eine Zwischenschaltung zusätzlicher Leitungswege körperlich unmittelbar an das folgende und vorhergehende Abströmventil angesetzt ist, daß der Steuer- oder Pilotzylinder (24) jedes Abströmventiles (26) unmittelbar in die Abströmöffnung (28) des vorhergehenden Abströmventiles einmündet, die durch einen Schließkörper (30) dieses vorhergehenden Abströmventiles (26) steuerbar ist, daß das letzte der Abströmventile (26), welches den größten Abstromquerschnitt aufweist, an den zu entlastenden und zu entleerenden Hochdruckraum (1O) angeschlossen ist und daß der Steuer- oder Pilotzylinder (24,,) des ersten Abströmventiles (26 ) mit dem geringsten Abstromquerschnitt durch die Auslösung einer Abströmung mit geringer Strömungsleistung steuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das letzte Abströmventil (26_O; 26„) mit dem größten Abstromquerschnitt ohne eine Zwischenschaltung zusätzlicher Leitungswege körperlich unmittelbar an den zu entleerenden Hochdruckraum (1O) angesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseabströmung mit geringer Strömungsleistung

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durch ein Elektroventil (16) erzeugt wird, welches körperlich unmittelbar an das erste Abstr-ömventil (26 ) mit dem geringsten Abströmquerschnitt angesetzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein ultraschnell ansprechendes Elektroventil (16).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abströmventil (26) einen Ventilkörper (36) aufweist, in dem eine Kammer (24) ausgespart ist, die einerseits über eine normalerweise durch den Schließkörper (30) des Abströmventils (26) abgeschlossene Öffnung (28) mit der Hochdruckseite wahlweise in Verbindung setzbar ist und die andererseits ständig über wenigstens eine Abströmöffnung (40) mit der Niederdruckseite in Verbindung steht, und daß der Schließkörper (30) des Abströmventiles (26) in der Kammer (24) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (24) zylindrisch ausgebildet ist und in ihrem Inneren einen gleitbar gelagerten Steuerkolben (32) des Steuer- oder Pilotventils aufnimmt, der fest verbunden bzw. einstückig ausgebildet ist mit dem Schließkörper (30) des Abströmventiles (26).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Steuerkolbens (32) eines der Abströmventile um etwa 25 bis 30 % größer ist als der Querschnitt der normalerweise durch den Schließkörper (30) desselben Abströmventils (26) abgeschlossenen Abströmöffnung (28).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmventile (26) nach Art eines Stapels übereinander angeordnet sind und daß der so gebildete Ventilstapel im Inneren eines Niederdruckspeichers (202) zur Auf- · nähme der Abströmflüssigkeit angeordnet ist, wobei die Ab-

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Strömöffnungen (40) der Abströmventile ohne irgendwelche zusätzlichen Leitungswege unmittelbar in den Innenraum des Speichers (202) ausmünden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnitte der aufeinanderfolgenden Abströmventile (26) im wesentlichen entsprechend einer geometrischen Reihe anwachsen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (36) eines Abströmventiles zur Bildung des Yentilstapels unmittelbar an den Körper des vorhergehenden Abströmventiles unter Zwischenschaltung einer Dichtung (34) angeschraubt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Abströmventile (26,-, 26g, 26 ) mit einem größeren Strömungsquerschnitt eine die Schließkörper-Kolben-Anordnung bildende Baugruppe aus einer Leichtmetall-Legierung aufweist, die als Hohlkörper ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper "(36) jedes Abströmventiles (26) von einem Leitungskanal (44) durchsetzt ist, der in die Kammer (24) des Steuer- oder PilotZylinders dieses oder des folgenden Abströmventiles einmündet, und daß der Leitungskanal (44) zur Rückspeisung von Druckflüssigkeit in die Kammern (24) der Steuer- oder Pilotzylinder sämtlicher Abströmventile (26) mit einer Quelle für Hochdruckflüssigkeit verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitungsverbindung zwischen dem Leitungskanal (44) und der Quelle für Hochdruckflüssigkeit ein Drosselventil (218) eingeschaltet ist.

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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13_# dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abströmventil (26 ) mit dem geringsten Strömungsquerschnitt einen Strömungsquerschnitt aufweist, der wenigstens annähernd gleich ist dem Abströmquerschnitt des Elektroventiles (16).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14_f dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Vorrichtung zu entspannende und zu entleerende Hochdruckraum ("1O) ein Hydraulikzylinder (8) zur Betätigung des beweglichen Kontaktes (4) eines Trennschalters ist.

16. Hydraulische Steuereinrichtung, insbesondere für Trennschalter, gekennzeichnet durch eine Abströmsteuervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15.

17. Hydraulisches Steuersystem zur Verwendung bei einem Trennschalter der in der DT-OS 2 245 170 beschriebenen Bauart, gekennzeichnet durch eine Abströmsteuervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15.

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