DE8300760U1 - Umschaltsitzventil - Google Patents

Description

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Umschaltsitzventil

Die Erfindung betrifft ein Umschaltsitzventil, das insbesondere zur unstetigen Umschaltung, daß heißt Ein-Aus-Schaltung eines Leistungsschalters in Hochspannungsanlagen verwendbar ist.
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Zur Vermeidung von Zerstörungen ist es erforderlich, Schalter in Hochspannungsanlagen, in denen ein Strom fließt, mit großer Geschwindigkeit ein- und insbesondere auszuschalten. Um die dazu erforderlichen hohen Kräfte aufzubringen, werden zur Schaltung hydraulische Zylinder-Kolben-Einheiten verwandt. Zum Ansteuern eines derartigen Antriebs ist das erfindungsgemäße Umschaltsitzventil in besonderer Weise geeignet.
Der Anmelderin bekannte Umschaltsitzventile für diesen Anwendungszweck sind hydraulisch vorgeste,-jrt. Hierzu sind die stirnseitigen Vorsteuerenden der als Schieber ausgebildeten Umschaltsitzventile einerseits ständig mit dem Pumpendruck und andererseits über Vorsteuerventile abwechselnd mit dem Pumpendruck und einem wesentlich geringeren Druck, z.B. Rücklaufdruck, Tankdruck, beaufschlagt.

Die Geschwindigkeit der Umschaltung hängt zum einen davon ab, daß nur geringe Flüssigkeitsmengen bei der Vorsteuerung bewegt werden müssen. Die Umschaltgeschwindigkeit und insbesondere die Ausschaltgeschwindigkeit hängt davon ab, daß an den Vorsteuerenden eine genügend große Druckdifferenz ansteht, welche zu einer ausreichenden Schaltkraft führt. Die Betriebssicherheit des über Wochen und Monate in Ruhe befindlichen Systems hängt vor allem auch von der Leckagefreiheit des Systems ab.

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ί| Exn weiteres ErfoTlernis ist, daß das Umschaltsitzsystem

[i; unabhängig von seiner Einbaulage einwandfrei funktioniert,

I^ Das Umschaltsitzventil nach Anspruch 1 erfüllt diese

': 5 Voraussetzungen. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß neben den als Differentialkolben ausgebildeten Vorsteuerenden auch das Umschaltsitzventil selbst, nämlich durch Ausbildung der Größe seines Sitzes zur Aufbringung der Schaltkräfte benutzt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Sitzfläche mit der der Zylinderkanal wahlweise gegenüber dem Pumpenkanal und dem Tankkanal schließbar ist, größer ist als die größere der Vorsteuerkolbenflachen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Dargestellt ist ein Umschaltsitzventil 1 sowie der vereinfachte Schaltplan einer Schaltanlage für einen ein- und ausschaltbaren Hochspannungsschalter 8. Der Hoch-Spannungsschalter 8 wird durch eine pneumatische

Zylinder-Kolben-Einheit mit Zylinder 7 und Differenzialkolben 9 betrieben. Die Hydraulikpumpe 4, die eine vergleichsweise geringe Mengenleistung (1 1 pro min) hat, wird durch Motor 3 zeitweise angetrieben, über Rückschlagventil 6 und Pumpleitung 31 werden der

Speicher 5, die kleinere Differenzialseite des Kolbens 9, der Pumpenkanal des Umschaltsitzventils 1 sowie das Vorsteuerventil 10 mit dem Pumpendruck ständig beaufschlagt, Ein weiteres Vorsteuerventil ist mit 11, der Tank mit und die Rücklaufleitung mit 20 bezeichnet.

Das Umschaltsitzventil 1 weist einen in einer Gehäusebohrung axial verschiebbaren Steuerschieber 2 auf. Der

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Steuerschieber 2 ist in seinen beiden Schaltstellungen dargestellt und zwar zeigt die obere Hälfte der Darstellung die Stellung "aus" und die untere Hälfte der Darstellung die Stellung "ein". Der Steuerschieber weist einen Bund auf, der zwischen zwei Sitten 26 und 27 eines mit dem Zylinderkanal Z verbundenen Ringkanals beweglich ist. Zum Einbau des Steuerschiebers ist das Gehäuse 1 in Trennfuge 30 im Bereich des Ringkanals geteilt.

In der Stellung "aus" des Steuerschiebers 2 wird der Pumpenkanal P gegenüber dem Zylinderkanal Z durch Anlage des Bundes 33 an Sitzfläche 26 abgeschlossen. Andererseits ist der Zylinderkanal Z und die Einschaltleitung 34 mit dem Tankkanal T und der Rücklaufleitung 32 verbunden.

Daher ist in der Stellung "aus" des Umschaltsitzventils der Differenzialkolben 9 lediglich einseitig auf seiner kleineren Seite über die Pumpleitung 31 mit dem Pumpendruck bzw. dem Speicherdruck 5 beaufschlagt, so daß dadurch die Aus-Stellung des Schalters 8 festgelegt wird.

Gleichzeitig ist die große Vorsteuerkolbenflache F₁ am Vorsteuerende 13 des Steuerschiebers über die Radialbohrungen 15 und die Axialbohrung 14 mit dem Pumpendruck beaufschlagt. Die kleinere Vorsteuerkolbenflache am Vorsteuerende 16 des Steuerschiebers 2 ist dagegen über Selbsthalteleitung 16, Zylinderkanal Z und Tankkanal T mit dem Tank 12 verbunden und daher drucklos, so daß der Steuerschieber 2 hydraulisch in seiner Stellung "aus" gehalten wird. Zusätzlich wird der Steuerschieber mechanisch durch federbelastete Rastkugel 23 und Rastkerbe 22 festgehalten.

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In dieser Schaltstellung "aus" bedarf es der Dichtungen 24 und 25. Die Dichtung 24 dichtet den Pumpenkanal gegenüber dem niedrigen Druck am Vorsteuerende 16 ab. Die Dichtung 25 dichtet das Vorsteuerende 13 mit dem Pumpendruck gegenüber dem niedrigeren Druck des Tankkanals T ab.

Weitere dynamische Dichtungen sind bei dieser Ausführung des Umschaltsitzventils nicht erforderlich. Etwaiige Leckagen im Bereich der Dichtungen sind unschädlich, da sie ohne Beeinträchtigung des Systems unmittelbar zum Tank abgeführt werden können. Eine Ansammlung von Leckölflüssigkeit kann nicht entstehen.

Zum Umschalten des Steuerschiebers 2 in die Stellung "ein" (untere Hälfte der Darstellung) wird die Magnetbetätigung 28 des Einschaltventils 10 impulsweise betätigt. Dadurch wird die kleinere Vorsteuerkolbenflache am Vorsteuerende 16 mit dem Pumpen- bzw. Speicherdruck beaufschlagt. Es steht dadurch auf der gesamten Sitzfläche des Bundes am Sitz 26 zwischen Pumpen -und Zylinderkanal, daß heißt der gesamten Querschnittsfläche F₂ der Pumpendruck an, da auch die kleinere Vorsteuerkolbenflache F, mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist. Da die Querschnittsfläche F₂ größer ist als die Vorsteuerkolbenflache F- wird der Steuerschieber 2 in die Stellung "aus" (untere Bildhälfte) verschoben. In dieser Stellung verschließt der Bund die Sitzfläche 27 zwischen Zylinder und Tank, so daß der Zylinderkanal Z und die E.inschaltleitung 34 mit dem Pumpendruck schlagartig beaufschlagt werden. Dadurch wird die kleinere Vorsteuerfläche 16 auch über die Selbsthalteleitung 18 und die Drossel 19 mit dem Pumpendruck beaufschlagt, so daß der Einschaltzustand auch dann erhalten bleibt, wenn das Einschaltsignal an der Magnetbetätigung

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abfällt. Die Drossel 19 dient dem Zweck zu verhindern,
daß bei Betätigung des Einschaltventils 10 das von der
Pumpe 4 bzw. dem Speicher 5 zur Umschaltleitung 17 zugeführte Hydrauliköl über Leitung 18 drucklos abfließt.
Die Drossel 19 ist daher sehr klein ausgelegt (z.B. 1 mm
Durchmesser oder kleiner). Durch die Selbsthaltedüse 19
und Selbsthalteleitung 18 wird ferner vermieden, daß
sich am Vorsteuerende 16 im Falle der Leckage des Ein- |; schaltventils 10 ein Druck aufbaut. ||

S Im Schaltzustand

Beaufschlagung der größeren Kolbenfläche des Differenzial- |i

kolbens 9 im Zylinder 7 der Hochspannungsschalter 8 *·

eingeschaltet. 3

I

Auch die Stellung "ein" des Steuerschiebers 2 ist stabil, ν

solange ein Systemdruck ansteht. Zusätzlich erfolgt auch ;;_;

hier eine mechanische Festlegung durch Einrasten der 4i

federbelasteten Rastkugel 23 in die Rastkerbe 21. In :;

der Schaltstellung "ein" des Steuerschiebers iut nur ,'

noch die Dichtung 15 zwischen Vorsteuerende 13 und Tank- ':

kanal in Funktion. .;]

Zum Ausschalten des Hochspannungsschalters 8 wird die
Magnetbetätigung 29 des Ausschaltventils 11 impulsweise
betätigt. Hierdurch wird das Vorsteuerende 16 über Rücklaufleitung 32 und Äusschaltleitung 20 mit dem Tank verbunden und drucklos geschaltet. Folglich ist nicht mehr
die gesamte Sitzfläche F₂ sondern nur noch die Differenzfläche F₂ - F₃ mit dem Pumpendruck belastet. Diese Differenzfläche ist jedoch erfindungsgemäß kleiner als die
größere Vorsteuerfläche P₁ und zwar wesentlich kleiner. ;_;· Dadurch wird der Steuerschieber 2 schlagartig in die k

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Stellung "aus" verschoben und über Einschaltleitung 34 die größere Seite des Differenzialkolbens 9 über Zylinder (Z) und Tankkanal T mit dem Tank 12 verbunden.

Der besondere Vorteil des üinschaltsitzventils besteht darin, daß es lediglich zwei dynamische Dichtungen verwendet. Ferner sind zur Vorsteuerung lediglich sehr gelinge ÜJmengen und zwar einseitig auf der kleineren Vorsteuerseite 16 erforderlich.

10

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BEZUGSZEICHENAÜFSTELLUNG

1 Gehäuse des Umschaltsitzventiles, Ventilgehäuse

2 Kolben des Umschaltsitzventiles, Steuerschieber

3 Motor

4 Pumpe

5 Speicher

6 Rückschlagventil

7 Antrieb, Zylinder-Kolben-Einheit

8 Schalter

9 Differenzialkolben

10 Vorsteuerventil "ein", Einschaltventil

11 Vorsteuerventil "aus", Ausschaltventil

12 Tank

13 Vorsteuerende, große Vorsteuerkolbenflache

14 Längsbohrung, zentrale Bohrung

15 Radialbohrung

16 Vorsteuerende, kleine Vorsteuerkolbenflache

17 Leitung, Umschaltleitung

18 Selbsthalteleitung

19 Drossel

20 Leitung, Entlastungsleitung, Ausschaltleitung, Rücklaufleitung

21 Rastkerbe

22 Rastkerbe 2? Rastkugel

24 Dichtung

25 Dichtung

26 Sitz, Sitzfläche, Schließsitz am Pumpen-Zylinderkanal

27 Sitz, Sitzfläche, Schließsitz am Zylinder-Tankkanal

28 Magnetbetätigung "ein"

29 Magnetbetätigung "aus"

30 Trennfuge

31 Putiipenleitung

33 Bund

34 Einschaltleitmjg··: .··,.··, ■ ·· ,··,

Claims (5)

insbesondere für Leistungsschalter in elektrischen Hochspannungsanlagen,

1.1 Das Umschaltsitzventil besitzt einen durch den Systemdruck mittels Vorsteuerventil hydraulisch vorgesteuerten Steuerschieber (2); 1.2 der Steuerschieber (2) besitzt gegenüber dem Ventilgehäuse (1) zwei Sitze (26, 27) zwischen Pumpen- und Zylinderkanal einerseits und ZyIinder- und Tankkanal andererseits zur wah?weisen Schaltung eines Weges von der Pumpe zum Zylinder und eines Weges vom Zylinder zum

Tank;

1.3 der Steuerschieber (2) besitzt endseitig zur Vorsteuerung Vorsteuerkolben (13, 16);

1.3.1 von denen eine Vorsteuerkolbenflache ständig mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist und

1.3.2 von denen die andere Vorsteuerkolbenflache mit einem Kanal verbunden ist, der wechselweise mit dem Pumpendruck oder dem Tankdruck beaufschlagt ist,

dadurch gekennzeichnet,

1.3.3 daß die Vorsteuerenden (13, 16) des Steuerschiebers (2) als Differenzialkolben ausgebildet sind;

1.3.4 daß die größere Vorsteuerfläche (13) mi-¹", ium Pumpendruck ständig beaufschlagt ist;

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1.3.5 und daß die größere Vorsteuerfläche (13) kleiner ist als die Sitzflächen (27) des Steuerschiebers (2) in der Verbindung zwischen dem Pumpenkanal (P) und Zylinderkanal (Z) bzw. Zylinderkanal (7) und Tankkanal (T) .

2. Umschaltsitzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Steuerschieber (2) eine zentrale Bohrung (24) aufweist, welche die größere Steuerfläche (13) mit dem Pumpenkanal (P) verbindet.

3. Umschaltsitzventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die kleine Vorsteuerkolbenflache (16) größer - vorzugsweise 1/3 - größer ist als die Flächendifferenz aus Sitzfläche (26, 27) und großer Vorsteuerkolbenf lache (13).

4. Umschaltsitzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Steuerschieber (2) einen Bund (33) mit doppelseitiger Sitzfläche besitzt, welcher Bund in einem mit dem Zylinderkanal (Z) verbundenen Ringkanal des Gehäuses beweglich ist und in seinen beiden Schaltstellungen einerseits an einer Sitzfläche (26) des Ringkanals den Pumpenkanal gegenüber dem Zylinderkanal und andererseits an einer gegenüberliegenden Sitzfläche (2?) den Zylinderkanal gegenüber dem Tankkanal verschließt.

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5. Umschaltsitzventil nach einem der vorangegangenen Ansprücne,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Ventilgehäuse (1) zwischen den beidseits des Zylinderkanals {Z) angeordneten Sitzen (26 und 27) in einer Normalebene zum Steuerschieber (2) geteilt ist.