DE3310142A1

DE3310142A1 - Druckgasschalter

Info

Publication number: DE3310142A1
Application number: DE19833310142
Authority: DE
Inventors: Johann 5012 Schönenwerd Blatter; Christian Dr.-Phys. 5430 Wettingen Sturzenegger
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag 5001 Aarau Aargau; Sprecher und Schuh AG
Current assignee: General Electric Switzerland GmbH
Priority date: 1982-10-25
Filing date: 1983-03-21
Publication date: 1984-04-26
Anticipated expiration: 2003-03-22
Also published as: AT380585B; US4497991A; ATA376183A; JPS5998432A; JPH0690898B2; CH658745A5; DE3310142C2

Description

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DRÜCKGASSCHALTER

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei solchen Druckgasschaltern wird während eines Ausschalthubes Löschgas aus dem Pumpraum durch die Blasdüse hindurch verdrängt, um den Schaltlichtbogen zu beblasen. Andererseits erzeugt der Schaltliehtbogen durch die enorme Erhitzung des Löschgases in dessen Strömung hochfrequente Schwingungen, die sich etwa mit Schallgeschwindigkeit als Druckspitzen als Druckminima auch in den Pumpraum zurück fortpflanzten. Um die Auswirkungen dieser Druckschwingungen, die sich dem bei einem Ausschalthub ohnehin steigenden Druck des Löschgases im Pumpraum überlagern, auf die den Pumpraum begrenzenden mechanischen Teile des Schalters zu mildern, ist es bekannt, den Pumpkolben federnd zu lagern und ihm eine Stossdämpfeinrichtung beizuordnen.

Ein solcher Schalter ist zum Beispiel aus der US PS 2.922.010 bekannt.

. Bei diesem Schalter ist allerdings der Pumpkolben sowohl unmittelbar auf seiner Feder abgestützt als auch unmittelbar an die Stossdämpfeinrichtung gekoppelt. Die Stossdämpfeinrichtung hat darüber hinaus eine ausgesprochen stark degressive Charakteristik, d.h. sie ist bei an-• fänglichen, druckbedingten Ausweichbewegungen des Pumpkolbens sehr "hart" und erst wenn der Pumpkolben gegen Ende des Ausschalthubes - d.h. wenn der Rauminhalt des Pumpraumes praktisch auf Null gesunken ist - und durch den Pumpzylinder gegen die Wirkung der Feder zwangsläufig weiter verschoben wird, d.h. bereits einen bestimm-

ten Ausweichweg zurückgelegt hat, wird die beim bekannten Schalter hydraulisch ausgebildete Stossdämpfeinrichtung "weich". Diese Ausbildung trägt aber sozusagen nichts zur Milderung der Auswirkungen der genannten Druckschwingungen bei, sondern ist eher darauf ausgelegt, den Pumphub des Pumpzylinders in bezug auf den Pumpkolben im Vergleich zum gesamten Schalthub zu verringern. Bei diesem bekannten Schalter sind daher trotz an sich vorhandener Federung des Pumpkolbens alle den Pumpraum begrenzenden Bestandteile auf den Wert der höchstmöglichen Druckspitzen im Pumpraum auszulegen und auch der Schalterantrieb ist dementsprechend zu bemessen.

Es ist daher ein Zweck der Erfingung, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem vor allem die gefährlichen Druckspitzen im Pumpraum weitgehend abgefangen werden können.

Zu diesem Zweck weist der vorgeschlagene Druckgasschalter die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale auf.

Bei diesem Schalter kann somit der Pumpkolben zunächst nur gegen die Wirkung der Feder im Wesentlichen frei ausweichen, und erst wenn die Druckspitzen so hoch werden,, dass die Feder im Bereich des Endes ihres Federhubes ist, beginnt die Stossdämpfeinrichtung anzusprechen und wirksam zu werden.

Bevorzugt wird beim vorgeschlagenen Druckgasschalter eine rein mechanische Reibungs-Stossdämpfeinrichtung verwendet, so dass' keine Hydraulikflüssigkeit erforderlich ist und auch das Risiko eines Leckes gar nicht besteht.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind

nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig.. 1 eine vereinfachte Darstellung des an sich angestrebten zeitlichen Verlaufes des Druckes im Pumpraum im Vergleich zu dem tatsächlich vorkommenden zeitlichen Druckverlauf,

Fig. 2 einen schematischen Axialschnitt durch einen Druckgasschalter, links i in offener Stellung, und

' Druckgasschalter, links in geschlossener rechts

Fig. 3-5 Axialschnitte mit mehr Einzelheiten der Anordnung des Pumpkolbens.
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Es sei vorausgeschickt, dass insbesondere die Fig. 3-5 auch wegen der besseren Uebersichtlichkeit nicht massstäblich sind.

In Fig. 1 ist mit der ausgezogenen Kurve A der an sich angestrebte zeitliche Verlauf des Druckes im Pumpraum während eines etwa 200 ms dauernden Ausschalthubes dargestellt ,mit der gestrichelten Kurve B dagegen der tatsächliche zeitliche Verlauf des Druckes im Pumpraum eines Druckgasschalters herkömmlicher Art. Man sieht, dass beim Zünden des Schaltlichtbogens also kurz nach Beginn des Ausschalthubes sich dem gewünschten Verlauf A hochfrequente Druckschwingungen überlagern, die beim erfindungsgemässen Schalter, wie sich noch zeigen wird, weitgehend abgefangen werden können, bevor sie sich auf wesentliche mechanische Teile des Schalters auswirken. Dementsprechend können diese mechanischen Teile ohne Einbusse an Solidität auch leichter bemessen werden.

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Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen.

Der in Fig. 2 dargestellte Druckgasschalter 10 entspricht, wie sich noch zeigen wird, mit Ausnahme des Aufbaues des Pumpkolbens weitgehend dem Druckgasschalter gemäss der CH PS 630.744, die inhaltsgleich mit der US PS 4.329.553 ist.

Man erkennt ein rohrförmiges, festes Kontaktstück 11, das mit einem beweglichen Kontaktstück 12 zusammenwirkt, das seinerseits das Ende einer Antriebstange 13 bildet.

Das bewegliche Kontaktstück 12 ist von einer an diesem

befestigten Blasdüse 14 umgeben, die ihrerseits am Ende , eines Pumpzylinders 15 befestigt ist, und deren Einlass 16 mit dem vom Pumpzylinder 15 umschlossenen Pumpraum 17 in Verbindung steht. Andernends ist der Pumpraum 17 durch einen bezüglich des Pumpzylinders 15 verschiebbaren Pumpkolben 18 begrenzt, der über ein Paket Tellerfedern 19 auf einer Stützplatte 20 abgestützt ist. Der Pumpkolben 18 ist auch verschiebbar auf einer diesen zentral durchsetzenden Gleithülse 21 gelagert, die ihrerseits auf der Antriebstange 13 verschiebbar ist. Die Gleithülse durchsetzt auch die Stützplatte 20, die ihrerseits fest auf der Gleithülse 21 sitzen oder auf dieser verschiebbar sein kann.

■ Umfangsseitig ist an der Stützplatte 20 eine sich zum Pumpkolben 18 hin erstreckende Spreizhülse 22" befestigt, auf die im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 noch zurückzukommen sein wird.

An der dem Pumpkolben 18 abgekehrten Seite der Stützplatte 20 ist jeweils an einem Lagerauge 23 das eine Glied 24 eines Kniehebels 25 befestigt, dessen anderes Glied 26 an einer ortsfesten Stelle, z.B. an einem an einem Gehäuseträger 28 ausgebildeten Lagerauge 29 angelenkt ist. Am Kniegelenk 27 selbst ist das eine Ende

einer Koppel 30 angelenkt, deren anderes Ende bei 31 an einem an der Antriebstange 13 ausgebildeten Lagerauge 32 angelenkt ist. Der Sinn und Zweck dieses Hebelgetriebes - bestehend aus dem Kniehebel 25 und der Koppel 30 lässt sich im einzelnen in der bereits genannten CH PS 630.744 nachlesen. Er besteht im Wesentlichen darin, zu Beginn eines in Richtung des Pfeiles 33 erfolgenden Ausschalthubes zunächst die Stützplatte 20 und damit auch den Pumpkolben 18 gleichsinnig mit der Antriebstange 13 ku bewegen, so dass die Kompression des Löschgases im Pumpraum 17 erst dann beginnt, wenn die Antriebstange und damit auch die Blasdüse 14 mit dem Pumpzylinder 15 bereits beschleunigt sind.

Umschlossen ist der Schalter 10 von einem nach aussen dichten, nur schematisch dargestellten Schaltergehäuse 34 aus einem Isolierstoff.

Betrachtet man nun die Fig. 3, so erkennt man, dass der Umfang des Pumpkolbens 18 auf der dem Pumpraum 17 abgekehrten Seite sich zur Stützplatte 20 hin verjüngt und sich bei entspanntem Federpaket 19 mit Spiel etwas in die Spreizhülse 22 hinein erstreckt. Die Spreizhülse 22 weist in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Schlitze 35 auf. Wenn nun im Pumpraum 17 Druckspitzen auftreten, dann kann der Pumpkolben 18 zunächst nur gegen die Wirkung des Federpaketes 19 nachgeben. Bei besonders hohen Druckspitzen dringt der Pumpkolben 18 jedoch soweit in die Spreizhülse 22 ein, dass diese gedehnt wird und zur reibschlüssigen Anlage an die Innenwand 36 des Pumpzylinders 15 kommt. Das Zusammenwirken der Innenwand 36 mit der Spreizhülse 22 entspricht der Arbeitsweise eines Reibungs-Stossdämpfers.

Aehnlich wirkt die Ausführungsform gemäss Fig. 4. Hier

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ist auf der dem Pumpraum 17 abgekehrten Seite des Pumpkolbens eine Schulter 37 ausgebildet. Zwischen dieser und dem verdickten ümfangsrand 38 einer Zwischenscheibe

39 ist ein Elastomer-Element 40 angeordnet. Zwischen der Zwischenscheibe 39 und der Stützplatte 20 ist das hier aus zwei Tellerfedern bestehende Federpaket 19 angeordnet. Bei erheblichen Druckstössen gibt der Pumpkolben 18 nach und drückt über das Elastomer-Element 40 und die Zwischenscheibe 39 das Federpaket 19 bis zum Ende seines Federhubes zusammen. Danach wird das Elastomer-Element

40 in axialer Richtung zusammengedrückt, was seine Ausdehnung in radialer Richtung zur Folge hat. Diese radiale Ausdehnung überträgt sich auf die Spreizhülse 22, die sich sodann wie in Fig. 3 reibschlüssig an die Innenwand 36 des Pumpzylinders 15 anlegt. Anstelle der Spreizhülse 22 kann ein ungeschlitzter Rohrabschnitt vorgesehen sein. In diesem Falle wird das in radialer Richtung ausgedehnte Elastomer-Element 40 an die Innenwand des Rohrabschnittes reibschlüssig angelegt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 5 verzichtet man auf einen reibschlüssigen Eingriff an der Innenwand 36 des Pumpzylinders 15. Der Pumpkolben 18 ist hier auf einem Ringfeder-Paket 41 mit z.B. drei Innenringen 42 und drei Aussenringen 43 abgestützt. Während alle Aussenringe einen Längsschlitz 44 aufweisen, weist nur einer der Innenringe einen "Längsschlitz 45 auf. Selbstverständlich kann auch irgendein anderes geeignetes Ringfeder-Paket, beispielsweise eines mit festen Aussenringen und geschlitzten Innenringen, gewählt werden. Das Ringfeder-Paket 41 ist auf der Zwischenscheibe 39 abgestützt, zwischen welcher und der einen nach oben abstehenden Ümfangsrand 46 aufweisenden Stützplatte 20 das Tellerfederpaket 19 mit hier vier Tellerfedern angeordnet ist.

Bei starken Druckspitzen im Pumpraum 17 gibt zunächst das weicher als das Ringfeder-Paket 41 eingestellte Federpaket 19 nach, bis die Zwischenscheibe 39 zur Anlage auf die Oberkante des Umfangrandes 46 gelangt. Danach wird das Ringfederpaket 41, das wegen der Reibung zwischen den Innen- und Aussenringen ohnehin eine ausgeprägte Dämpfungseigenschaft hat, axial gestaucht. Da im

Ringfederpaket 41 einer der Innenringe einen Axialschlitz besitzt, ist die Federkonstante des gesamten Ringfederpaketes 41 zu Beginn der Stauchung vergleichsweise gering, wenngleich grosser als jene des Tellerfeder-Paketes 19. Sobald in Folge der Stauchung der Axialschlitz 45 des Innenringes geschlossen ist, nimmt die Federkonstante des Fingfederpaketes 41 sprungartig nochmals zu. Hier ist also der Pumpkolben 18 durch zwei in Serie geschaltete Federelemente, nämlich Tellerfeder-Paket 49 und Ringfeder-Paket 41, federnd abgestützt, wobei das Tellerfeder-Paket 19 praktisch ungedämpft ist, während das Ringfeder-Paket 41 neben der ausgeprägt progressiv wirkenden Federcharakteristik zugleich eine starke Wirkung eines Stossdämpfers entfaltet.

Während beim beschriebenen Schalter 10 die Stützplatte 20 über das Hebelgetriebe an die Antriebstange 13 gekoppelt ist und mithin auch beweglich ist, versteht es sich, dass die beschriebene Bauweise auch auf solche Schalter übertragbar ist, bei denen die Stützplatte 20 ortsfest abgestützt ist. Beim beschriebenen Schalter ist jedoch die obige Bauweise deshalb von besonderem Vorteil, Weil die von den Druckspitzen herrührenden Beanspruchungen vom Gestänge des Hebelgetriebes und von dessen Gelenke weitgehend ferngehalten bleiben, so dass dieses Gestänge leichter und auch mit mehr Spiel in den Gelenken bemessen werden kann.

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Claims

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ß-SOOO MünchenZ 3310

Sprecher & Schuh AG, 5001 Aarau/Schweiz

21. März 1983 PATENTANSPRUECHE

Druckgasschalter mit einem festen (11) und mit einem beweglichen, an einen Antrieb (13) gekoppelten Kontaktstück (12), das von einer mit diesem mitbeweglichen Blasdüse (14) umgeben ist, deren Einlass (16) mit einem von einem mit der Blasdüse (14) mitbeweglichen Pumpzylinder (15) umschlossenen, bei einem Ausschalthub unter Druck setzbaren und ein Löschgas enthaltenden Pumpraum (17) in Verbindung steht, wobei der Pumpzylinder (15) einerends durch die Blasdüse begrenzt ist, und andernends durch einen gefederten Pumpkolben (18), der durch steigenden Druck im Pumpraum (17) aus einer Ausgangslage verdrängbar ist, und dem eine Stossdämpfeinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossdämpfeinrichtung und die Feder des Pumpkolbens (18) derart nacheinander angeordnet sind, dass die Stossdämpfeinrichtung am Ende des Hube.s der Feder des Pumpkolbens anspricht.

. 2. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossdämpfeinrichtung wenigstens ein Paket Ringfedern aufweist.

3. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossdämpfeinrichtung eine federnde koaxial im Pumpzylinder angeordnete Spreizhülse aufweist, die bei unbelasteter Feder des Pumpkolbens ein radiales Spiel zur Innenwand des Pumpzylinders aufweist, wobei Mittel vorgesehen sind, um am Ende des Hubes der Feder des Pumpkolbens die Spreizhülse reibschlüssig an die Innenwand des Pumpzylinders zu drücken.

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4. Druckgasschalter nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel, um die Spreizhülse reibschlüssig an die Innenwand des Pumpzylinders zu drücken, wenigstens ein zur Innenwand der Spreizhülse benachbart angeordnetes Elastomerelement aufweisen, das am Ende des Hubes der Feder des Pumpkolbens axial zusammendrückbar und damit radial ausdehnbar ist, um die Spreizhülse auszudehnen.

5. Druckgasschalter nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringfeder-Paket zwischen der dem Pumpraum abgekehrten Seite des Pumpkolbens und der einen Seite einer Zwischenplatte angeordnet ist, zwischen deren anderen Seite und einer Stückplatte ein Tellerfederpaket angeordnet ist.

6. Druckgasschalter nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizhülse mit ihrem einen . Ende umfangsseitig an einer Stützplatte befestigt ist,dass zwischen dieser -und dem .Pumpkolben ein Tellerfederpaket angeordnet ist, das in entspanntem Zustand in axialer Richtung ein grösseres Mass aufweist als die Spreizhülse, während der dem Pumpraum abgekehrte Bereich des Pumpkolbens konisch ist, um am . Ende des Hubes des Tellerfedernpaketes in die Spreizhülse einzudringen und diese aufzuweiten.