PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3445359C2 23.08.1990
Titel Mit einer pneumatischen Dämpfungsvorrichtung ausgestatteter mechanischer Kraftspeicherantrieb für einen Leistungsschalter einer Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlage
Anmelder Asea Brown Boveri AG, 6800 Mannheim, DE
Erfinder Krämer, Wilhelm, 6902 Sandhausen, DE;
Hoyer, Peter, Dr., 6905 Schriesheim, DE;
Rosenbusch, Heinrich, 6700 Ludwigshafen, DE
DE-Anmeldedatum 12.12.1984
DE-Aktenzeichen 3445359
Offenlegungstag 12.06.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.08.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.1990
IPC-Hauptklasse H01H 3/30
IPC-Nebenklasse H01H 3/60   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einer pneumatischen Dämpfungsvorrichtung ausgestatteten mechanischen Kraftspeicherantrieb eines über ein Schaltgestänge betätigbaren Leistungsschalters für eine Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlage.

Für den Antrieb von Leistungsschaltern auf dem Gebiet der Mittelspannungs- und Hochspannungstechnik sind bereits sehr unterschiedliche Systeme und Antriebsaggregate bekanntgeworden. Beispielsweise gibt es hydraulische Betätigungsvorrichtungen (DE-GM 82 12 588), daneben aber auch pneumatische Antriebe (z. B. DE-PS 30 37 740) und nicht zuletzt Antriebe mittels mechanischer Kraftspeicher, womit in erster Linie sogenannte Federantriebe gemeint sind.

Hydraulische Antriebssysteme haben den Nachteil, daß die einzelnen Aggregate einer häufigeren Wartung bezüglich ihrer Dichtigkeit bedürfen und vor allem, daß die Hydraulikflüssigkeit einer Alterung und damit einhergehenden Konsistenzveränderung unterworfen ist. Außerdem sind die erforderlichen Aggregate wie insbesondere Pumpen, Hydraulikspeicher und Antriebskolben in der Herstellung und auch Montage aufwendig. Nachteilig kommt hinzu, daß die Betätigungsvorgänge, verglichen mit anderen Antriebssystemen, relativ träge in ihrem Ablauf sind. Bei Anwendumg hoher Drücke zur Beschleunigung der Betätigungsabläufe ist die Gefahr gegeben, daß im erforderlichen Leitungssystem Schwingungen entstehen, welche sich im ganzen Antriebssystem ausbreiten, was zu unerwünschten Folgen führen kann.

Die letztgenannten Erscheinungen treten zwar auch bei pneumatischen Antrieben auf, allerdings nicht in dem Ausmaß wie bei Hydraulik-Antrieben. Vorteilhaft kommt hinzu, daß pneumatische Antriebe unproblematischer bezüglich der erforderlichen Dichtigkeit sind und darüberhinaus können sie auch höhere Betätigungsgeschwindigkeiten erzielen. Aber auch diese Antriebe benötigen entsprechende Pumpeinrichtungen in Form von Kompressoren und zusätzlich Speicherbehälter, um die Betätigungsvorgänge hinreichend schnell und häufig innerhalb einer kurzen Zeitspanne ausführen zu können. Daneben sind aber Maßnahmen erforderlich, um das gasförmige Speichermedium, in aller Regel also Luft, möglichst trocken zu halten, damit Kondensatbildungen weitgehend vermieden werden.

Ein pneumatischer Schalterantrieb mit den eben erwähnten Vor- und Nachteilen ist beispielsweise der DE-OS 19 42 098 zu entnehmen.

Diese pneumatische Antriebsvorrichtung wird von einem unter Druck stehenden, mit Gas (bzw. Luft) gefüllten Vorratsbehälter aus gespeist. Durch entsprechende Steuer- bzw. Absperrventile ist ein Kolben innerhalb eines Zylinders in eine und anschließend in die entgegengesetzte Richtung führbar. Koaxial zu diesem Kolben sind, an dessen beiden Längsenden, je ein Dämpfungskolben angeformt oder befestigt, die bei Annäherung des Arbeitskolbens in eine der beiden Endlagen in einen zugeordneten kleinen Zylinderraum eindringen und nun die Dämpfungsfunktion bewirken. Von diesen kleinen Zylinderräumen sind also zwei innerhalb des gesamten Zylinderraumes vorhanden, die spiegelbildlich einander gegenüberliegen.

Der eigentliche Arbeitskolben vermag insgesamt einen vergleichsweise großen Hub auszuführen, bei einem größeren Teil dieses Hubes tritt allerdings keine der beiden Dämpfungsvorrichtungen in Funktion. Nachteilig ist es, daß Maßnahmen, die eine Anpassung an sich verändernde Kontaktabstände (infolge eines Kontaktabbrandes) berücksichtigen, bei dieser bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen sind.

Ein wesentlicher Nachteil ist auch darin zu sehen, daß drei verschiedene Kolbenflächen mit einer gewissen Präzision konzentrisch zueinander ausgebildet werden müssen und gleiches auch für die zugeordneten Zylinderflächen erforderlich ist.

Ein solcher Schalterantrieb veranschaulicht sehr deutlich, daß sowohl eine pneumatische als auch eine hydraulische Antriebsform alles in allem gesehen sehr aufwendig ist, und dieses nicht nur hinsichtlich der erforderlichen und einem Verschleiß unterworfenen Aggregate, sondern auch bezüglich des Raumbedarfs und der Wartungsnotwendigkeiten.

Die vorstehend genannten Nachteile werden bei der Verwendung von rein mechanischen Kraftspeichern in Form von Federantrieben oder dergleichen vermieden. Ein Vorteil mechanischer Kraftspeicher-Antriebe ist unter anderem darin zu sehen, daß sie, insgesamt gesehen, relativ wenig an Einbauraum innerhalb eines Schaltfeldes benötigen. Ein weiterer Vorteil, nämlich daß mit mechanischen Kraftspeichern angetriebene Schalterbetätigungen in ihrer Wirkungsweise sehr schnell sind, geht nun allerdings auch mit dem Nachteil einher, daß die Belastungen der Lager- und Gelenkstellen sehr hoch sind und daß auch die mechanischen Belastungen der zu schaltenden Kontakte beim Einschaltvorgang sowie der Kontaktträger bzw. der Anschläge für die Kontaktträger beim Ausschaltvorgang erheblich sein können. Diese genannten Belastungen sind aber auch für die Übertragungsgestänge sowie andere Kraftübertragungselemente wie Zahnräder, Kurvenscheiben, u.s.w. nicht zu unterschätzen. Bei Verwendung von Leistungsschaltern in Form von Vakuumschaltern sind die harten Stoßbelastungen mechanischer Kraftspeicher-Antrieb besonders kritisch für die bei solchen Schaltern Anwendung findenden (metallischen) Faltenbeläge. Zur Minderung all dieser Belastungen sind bereits mechanisch wirkende Dämpfungen in Form von Gummipuffern oder federnden Anschlägen vorgeschlagen worden. Derartige Dämpfungsglieder haben aber den Nachteil, daß sie Rückprellungen auslösen, welche zu Rückzündungen innerhalb des Leistungsschalters führen können und im übrigen die genannten Lager, Gelenke und Gestänge und nicht zuletzt auch die besagten Faltenbälge mit unerwünschten Schwingungen belasten.

Zur Vermeidung der zuletzt geschilderten Nachteile ist für eine Antriebsvorrichtung in Form eines Federkraftspeichers vorgeschlagen worden, ein bewegliches Widerlager dieses Speichers als Kolben auszubilden, welcher in einen ortsfest gelagerten, schwenkbaren Zylinder eingreift (DE-AS 26 03 536), d. h. mit anderen Worten: sich eines pneumatischen Elementes zu bedienen. Bei dieser bekannten Konstruktion ist also der Federkraftspeicher in Form einer Druckfeder an seinem einen Ende mit einem Kurbelgestänge verbunden, an seinem anderen Ende hingegen wirkt er auf den besagten Kolben ein, welcher - im Schaltungsfall - infolge der Kompression der Luft im kleiner werdenden Luftraum am freien Ende des Kolbens eine sich verlangsamende Bewegung dieses Endes des Kraftspeichers bewirkt. Die gesamte Hublänge des Federkraftspeichers muß allerdings gegenüber einem solchen ohne diese Dämpfungsvorrichtung deutlich vergrößert werden; außerdem ist aber noch der Nachteil zu nennen, daß die Dämpfungswirkung auf die Lagerstellen nur teilweise wirksam wird, d. h. in erster Linie nur eine geringe Verlangsamung des Schaltvorganges bietet. Der Federspeicher entspannt sich nämlich gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen anstatt nur in einer Schubrichtung. Eine deutliche Entlastung erfährt hierbei eigentlich nur die Lagerstelle des Zylinders. Ein gewisser Nachteil ist auch darin zu sehen, daß diese Dämpfungsvorrichtung offensichtlich nur beim Einschaltvorgang der Leistungsschalter, nicht aber beim Ausschaltvorgang wirksam ist. Beim Ausschalten von Leistungsschaltern und insbesondere von Vakuumschaltrohren ist eine Dämpfungswirkung aber ebenso erwünscht, um nämlich eine Rückprellung und somit eine Rückzündung zu verhindern und um die Beanspruchungen des Faltenbalges bei der Vakuumschaltröhre zu mindern.

Ausgehend von der Grundidee der Verwendung einer pneumatischen Dämpfungsvorrichtung, stellt sich die Erfindung zur Aufgabe, für einen Schalterantrieb eines Leistungsschalters der eingangs genannten Art eine pneumatische Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, welche innerhalb des Gestängeverlaufes zwischen dem eigentlichen Schalterantrieb und dem Betätigungsorgan des Leistungsschalters angeordnet ist und keine Verlängerung des Antriebshubes erfordert, eine definierte Dämpfungscharakteristik ohne Rückprellneigungen aufweist und zudem eine automatische Nachstellung des beweglichen Kontaktes im Leistungsschalter zu bewirken vermag. Die im Leistungsschalter zu kontaktierenden Kontaktstücke sind nämlich, wie oben bereits angedeutet, einem Kontaktabbrand unterworfen, was mit einer gewissen Veränderung des Betätigungsweges im Einschaltfalle einhergeht.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Neben den Vorteilen der Verwendung einer pneumatischen Dämpfungsvorrichtung an sich, wie dieses bereits oben ausgeführt worden ist, ist hier noch der Vorteil zu nennen, daß der Dämpfungskolben an seinen beiden Längsenden geführt werden kann, so daß Verkantungen vermieden werden, außerdem ist durch die Ausbildung einer zur freien Atmosphäre herausgeführten Luftdurchtrittsöffnung im Bereich des Kompressionsraumes eine weitgehend definierte Kompressions- und somit Dämpfungswirkung zu erzielen, welche zudem auch noch mit einfachen Mitteln justiert werden kann. Besonders zweckmäßig ist auch die Integration einer Federanordnung im Längsbereich des Dämpfungskolbens, die dem Aufbau des erforderlichen Schaltkontaktdruckes dient und zugleich der selbsttätigen Nachstellung des beweglichen Kontaktstückes im Falle eines Kontaktabbrandes.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist in dem Vorschlag zu sehen, die Federanordnung in der sacklochartigen Ausnehmung des Dämpfungskolbens aus paarweise gegeneinander gerichteten Tellerfedern und einer an einem Betätigungsstößel befestigten Druckplatte zu bilden. Gegenüber einer linear ansteigenden Federcharakteristik bei beispielsweise Druckfedern können Tellerfedern eine bei zunehmender Federbelastung abgeflachte Charakteristik aufweisen, so daß der Kontaktdruck auch bei Abbrand der Kontakte und entsprechend längerem Betätigungsweg des beweglichen Kontaktes praktisch unverändert bleibt. Auch sind die Gefahren einer Veränderung der Federcharakteristik und eines Bruches bei Druckfedern größer als bei - richtig bemessenen - Tellerfedern.

Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge wird vorgeschlagen, den Durchtrittsquerschnitt der Luftdurchtrittsöffnung zur Druck- bzw. Unterdruckentlastung des Kompressionsraumes veränderbar bzw. einstellbar auszubilden, was insbesondere mittels eines Schraubgliedes möglich ist. Hierdurch ist auch die Möglichkeit eröffnet, Dämpfungsvorrichtungen unterschiedlicher Dämpfungscharakteristik mit ein- und derselben Vorrichtung bereitstellen zu können.

Die Möglichkeiten für die Druck- bzw. Unterdruckentlastung des Kompressionsraumes sind aber auch noch verfeinerbar, beispielsweise durch nachfolgende vorgeschlagene Maßnahme, nämlich die Luftdurchtrittsöffnung mittels eines nach Art eines Überdruckventiles wirkenden, unter einer Federlast stehenden und erst beim Erreichen eines vorgegebenen Druck- bzw. Unterdruckwertes die Luftdurchtrittsöffnung freigebenden Ventilkolbens oder Ventiltellers zu verschließen. Beim Vorhandensein von wenigstens zwei Luftdurchtrittsöffnungen und daran angeordneten Ventilkolben bzw. Ventiltellern kann hierbei - so lautet ein weiterer Ausgestaltungsvorschlag - vorgesehen werden, jeder der beiden Bewegungsrichtungen des Dämpfungskolbens wenigstens eine im Sinne der Druck- bzw Unterdruckentlastung wirksame Luftdurchtrittsöffnung zuzuordnen, wobei dann auch die Ansprechwerte der den unterschiedlichen Bewegungsrichtungen des Dämpfungskolbens zugeordneten Ventilkolben bzw. Ventilteller durchaus unterschiedlich sein können. Hierdurch sind also unterschiedliche Dämpfungscharakteristiken beim Einschalten und beim Ausschalten des Leistungsschalters erzielbar, d.h. ein bisher unerwähnt gebliebener Vorteil dieser Dämpfungseinrichtung, nämlich ihre Wirkung in beiden Bewegungsrichtungen (wenn auch in Kompressionsrichtung deutlicher spürbar), ist hierdurch "ausbaubar" und den jeweiligen Bedürfnissen in besonderer Weise anpaßbar.

Eine spezielle und durchaus vorteilhafte Weiterbildung des zuletzt genannten Vorschlages ist darin zu sehen, die den Luftdurchtrittsöffnungen zugeordneten Ventilkolben bzw. Ventilteller mit einem Betätigungsanschlag zu versehen, welcher ummittelbar vom Dämpfungskolben oder von einem der Bewegung des Dämpfungskolbens folgenden Stößel beaufschlagbar ist und beim Erreichen einer bestimmten Kolbenstellung das entsprechende Ventilorgan in seine die Luftdurchtrittsöffnung freigebende Stellung zu verlagern bzw. zu verschieben vermag. Auf diese Weise ist eine besondere Einjustierung der den Ventilorganen zugeordneten Federlast entbehrlich.

Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung kann sehr wohl auch Anwendung finden für einen innerhalb einer gas- und druckdichten rohrförmigen Kapselung angeordneten Leistungsschalter, und zwar wird in diesem Falle vorgeschlagen, daß das Zylindergehäuse für den Dämpfungskolben mindestens einen Bestandteil eines Verschlußdeckels für die besagte Kapselung bildet und auch zugleich der Durchführung eines Betätigungsorgans für den Leistungsschalter durch diese Kapselung dient. Hierdurch wird eine gesonderte Halterung für die Dämpfungsvorrichtung entbehrlich und eine weitere Einsparung an Teilen erzielt.

Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung für einen innerhalb einer lichtbogenfußpunktfreien Isolierstoffkapselung angeordneten Leistungsschalter wird vorgeschlagen, das aus metallischem Werkstoff bestehende und einen Bestandteil des Verschlußdeckels für die Kapselung bildende Zylindergehäuse zum Kapselungsinneren hin mit einem Deckelteil aus Isolierstoff abzudecken und den aus metallischem Werkstoff bestehenden Dämpfungskolben zum Kapselungsinneren hin mit einer aus Isolierstoff bestehenden Kolbenkappe auszustatten. Hiermit sind die vorher genannten vorteilhaften Ausbildungen und Ausgestaltungen nach wie vor anwendbar, ohne die Lichtbogenfußpunktfreiheit zu beeinträchtigen.

Weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes beziehen sich auf die Abdichtung zwischen dem Dämpfungskolben sowie auch seinem dem Leistungsschalter abgewandten, verjüngten Längsbereich und dem Innenmantel des Zylindergehäuses: hierfür wird vorgeschlagen, Dichtungselemente vorzusehen, welche in radial umlaufenden Nuten am Dämpfungskolben und dessen verjüngten Längsbereich oder stattdessen in solchen Nuten am Innenmantel des Zylindergehäuses angeordnet sind. Die erstgenannte Möglichkeit, nämlich die besagten umlaufenden Nuten am Dämpfungskolben und dessen verjüngten Längsbereich vorzusehen, ist hierbei die zu bevorzugende Lösung. Auch die Kolbenkappe kann - so ein anderer zweckmäßiger Vorschlag - auf ihrem Außenmantel wenigstens eine radial umlaufende Nut mit einem darin angeordneten Dichtelement aufweisen.

Die Dämpfungsvorrichtung kann insgesamt so ausgeführt werden, daß der Dämpfungskolben und - beim Vorhandensein einer Kolbenkappe, wie sie eben genannt wurde - eben diese Kolbenkappe außer ihren vorher genannten Funktionen gleichzeitig die Funktion einer dichtenden Durchführung eines Betätigungsstößels für den Leistungsschalter durch die vorher erwähnte Kapselung erfüllen. Hierbei kann der Betätigungsstößel für die Betätigung des Leistungsschalters von einem Isolierstoff-Stab gebildet sein, welcher an seinem einen Ende mit dem Dämpfungskolben oder der Kolbenkappe und an seinem entgegengerichteten Ende mit einem Betätigungsorgan des Leistungsschalters fest verbunden sein.

Anhand von in den Figuren dargestellten Ausführunsbeispielen und der nachfolgenden Beschreibung hierzu sollen der Erfindungsgedanke und einige vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten noch einmal erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine zwischen einem schematisch angedeuteten Federkraftspeicher und einem Leistungsschalter angeordnete pneumatische Dämpfungsvorrichtung im Schnitt,

Fig. 2 eine gegenüber der Darstellung in Fig. 1 stark vergrößerte Schnittdarstellung einer Luftdurchtrittsöffnung mit einem darin angeordneten Ventilkolben sowie angrenzende Wandungsteile eines Zylindergehäuses,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Wandungsbereich eines weiteren Zylindergehäuses mit darin angeordneten, in entgegengesetzter Richtung wirkenden Ventiltellern und

Fig. 4 in einer Schnittdarstellung eine Dämpfungsvorrichtung für den Antrieb eines in einer Kapselung angeordneten Leistungsschalters.

Die Fig. 1 veranschaulicht in stark vereinfachter Darstellung einen mechanischen Kraftspeicherantrieb 10 mit einem Schwenkhebel 11, einer Betätigungsstange 12 und einem Kniehebel 13, welch letzterer in einer ortsfesten Führungstraverse 14 zwangsgeführt wird. Die genannten Teile sind in ihrem Ausmaß und auch in ihrer Ausgestaltung nicht wirklichkeitsgetreu dargestellt, sondern sollen nur ein mögliches Antriebsschema andeuten. Der ganze Antriebsmechanismus, wie er bis jetzt erläutert worden ist, dient dem Antrieb eines Leistungsschalters 15 in Form eines Vakuumschalters (auch Vakuumschaltröhre genannt), welcher - ebenfalls mehr schematisch als wirklichkeitsgetreu - in einer Schnittdarstellung gezeigt ist und mittels Befestigungslaschen 16 ortsfest innerhalb eines nicht näher angedeuteten Schaltfeldes einer Mittelspannungsschaltanlage angeordnet ist. Dieser Leistungsschalter 15 verfügt über ein mit einem Faltenbalg 17 verbundenes Betätigungsorgan 18, mittels welchem ein bewegliches Kontaktstück 19 in seine mit einem Festkontaktstück 20 kontaktierende Schaltstellung gebracht werden kann, wie dieses in der Darstellung angedeutet worden ist, und von diesem Festkontaktstück 20 auch wieder getrennt werden kann.

Zwischen dem vorhin genannten Kniehebel 13 und dem Leistungsschalter 15 bzw. dessen Betätigungsorgan 18 ist nun eine pneumatisch wirkende Dämpfungsvorrichtung 21 angeordnet, welche sich im wesentlichen aus nachfolgenden Teilen zusammensetzt, nämlich einem Zylindergehäuse 22, einem Dämpfungskolben 23 sowie einer noch zu erläuternden Federanordnung 24, die in einer sacklochartigen Ausnehmung 25 eines verjüngten Bereiches 26 des Dämpfungskolbens 23 angeordnet ist. Diese Federanordnung 24 setzt sich im einzelnen zusammen aus einer Druckplatte 27, die mit einem Betätigungsstößel 28 fest verbunden ist, und im übrigen aus einer größeren Anzahl von paarweise gegeneinander gerichteten Tellerfedern 29. Wie in der Darstellung erkennbar, ist der Betätigungsstößel 28 mit dem oben bereits erwähnten Kniehebel 13 gelenkig verbunden. Die Druckplatte 27 ist innerhalb der besagten sacklochartigen Ausnehmung 25 entgegen der Kraft der Tellerfedern 29 axial verschieblich, am Austreten aus dieser Ausnehmung 25 ist sie jedoch durch einen in der Ausnehmung 25 eingefügten Sprengring 30 gehindert. Am entgegengesetzten, in der Darstellung nach unten weisenden Ende ist der Dämpfungskolben 23 mit einem Betätigungsstößel 31 auf im einzelnen nicht erkennbare Weise fest gekoppelt und dieser Betätigungsstößel 31 wiederum ist an seinem (in der Darstellung) nach unten weisenden Ende mit dem bereits erwähnten Betätigungsorgan 18 des Leistungsschalters 15 fest verbunden. Ein Dichtungselement 32, welches sich in einer radial umlaufenden Nut 33 im Dämpfungskolben 23 befindet, dichtet diesen gegen den Innenmantel des Zylindergehäuses 22 ab; weitere Dichtungselemente 34 und 35 sind in radial umlaufenden Nuten 36 und 37 im verengten Hals des Zylindergehäuses 22 angeordnet und dienen der Abdichtung des verjüngten Bereiches 26 am Dämpfungskolben 23.

Eingeschlossen vom Dämpfungskolben 23 und dem Zylindergehäuse 22 ist ein ringförmiger Kompressionsraum 38, welcher über eine Luftdurchtrittsöffnung 39 be- und entlüftbar ist. Eine Stellschraube 40 dient der Querschnittsverengung der genannten Luftdurchtrittsöffnung 39 und somit der Einjustierung eines dem Bedarfsfall angepaßten Öffnungsquerschnittes.

Die Funktion dieses Schalterantriebes läuft folgendermaßen ab: bei einer Auslösung des mechanischen Kraftspeicherantriebes 10 springt dessen Schwenkhebel 11 - im Uhrzeigersinn - in eine um etwa 90 Winkelgrade veränderte Lage, siehe hierzu den bisher unerwähnt gebliebenen Doppelpfeil 41, welcher die Bewegungsrichtung für die "Aus"-Stellung des Leistungsschalters 18 andeutet. Hierbei wird die Betätigungsstange 12 (in der Darstellung) nach links verschoben, wobei das vom Schwenkhebel 11 abgewandten Ende der Betätigungsstange 12 in einem (nicht bezifferten) Langloch der Führungstraverse 14 zwangsgeführt wird. Durch diese Verschiebung der Bestätigungsstange 12 wird der Kniehebel 13 ebenfalls aus seiner Lage verschoben, nämlich aus seiner nahezu senkrechten Lage in eine deutliche Schräglage geführt, wobei nun auch der Betätigungsstößel 28 mitgenommen und aus der Ausnehmung 25 im Dämpfungskolben 23 herausgezogen wird. Sobald die Druckplatte 27 am Sprengring 30 anschlägt, wird der ganze Kolben (bezogen auf die Darstellung) nach oben gezogen, wodurch - über den Betätigungsstößel 31 und das Betätigungsorgan 18 - die Kontaktstücke 19 und 20 voneinander getrennt werden. Dieser Bewegungsvorgang vollzieht sich zunächst sehr schnell, was zu einem extrem hohen Druckanstieg im Kompressionsraum 38 führt. Diese Kompression bewirkt eine Verlangsamung der Bewegungen aller Betätigungshebel und Stößel in der letzten Öffnungsphase und somit einen deutlichen Dämpfungseffekt. Hierdurch werden die Gelenkbelastungen und vor allem auch die Belastung des Faltenbalges 17 ganz erheblich verringert und auch eine Rückprellung des Gestängesystems vermieden. Der vorübergehend hohe Druck im Kompressionsraum 38 wird nämlich über die Luftdurchtrittsöffnung 39 sehr schnell alsbald bis hin zum Druckausgleich abgebaut.

Der Einschaltvorgang vollzieht sich in gleicher Weise, wobei jedoch die Bewegungsrichtungen aller genannten Kraftübertragungselemente umgekehrt sind. Hierbei entsteht im Kompressionsraum 38 vorübergehend ein Vakuum, welches am größten in der letzten Bewegungsphase ist, d. h. also kurz bevor die Kontaktstücke 19 und 20 aufeinanderstoßen. Durch diesen Vakuumeffekt wird ein Aufeinanderhämmern der besagten Kontaktstücke 19 bezüglich der Schlagwirkung deutlich verringert, der erforderliche Kontaktdruck aber sehr schnell aufgebaut, und zwar durch den schnell erfolgenden Druckausgleich über die Luftdurchtrittsöffnung 39 und die Wirkung der Federanordnung 24.

Amstatt einer durchgehenden Luftdurchtrittsöffnung ohne Einstellmöglichkeit oder einer Lösung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, nämlich mit einer Einstellmöglichkeit des Luftdurchtrittsquerschnittes über eine Stellschraube (40), kann zur Druckentlastung eines Kompressionsraumes (38) auch ein Ventil Verwendung finden. Eine derartige Lösung veranschaulicht die Fig. 2. Hierin ist ein kleiner Bereich eines Zylindergehäuses 42 mit einer Luftdurchtrittsöffnung 43 dargestellt. In dieser Luftdurchtrittsöffnung 43 ist nun ein Kolbenventil 44 mit einem Federteller 45 angeordnet, wobei letzterer durch die Last einer Druckfeder 46 das Kolbenventil 44 stets in die dargestellte Schließlage drückt. Die genannte Druckfeder 46 stützt sich über einen Federteller 47 an einem Haltebügel 48 ab. Beim Auftreten eines entsprechend hohen Überdruckes innerhalb des Zylindergehäuses 42, wie dieses bereits in den Erläuterungen zur Fig. 1 geschildert worden ist, wird das Kolbenventil 44 gegen die Kraft der Druckfeder 46 herausgedrückt, und zwar so lange, bis angedeutete Ventilbohrungen 49 und 50 eine Druckentlastung zur freien Atmosphäre schaffen. Ein Dichtelement 51 in einer radial umlaufenden Nut 52 am Kolbenventil 44 sorgt für die erforderliche Abdichtung zwischen dem Kolbenventil 44 und der Wandung der Luftdurchtrittsöffnung 43. Erwähnt sei, daß ein derartiges Kolbenventil (44) wohl eine Überdruckentlastung innerhalb des Zylindergehäuses 42 zu bieten vermag, nicht jedoch einen Lufteintritt in einen Kompressionsraum, wenn hierin ein Vakuum entsteht. In der Praxis wird man deshalb ein derartiges Kolbenventil 44 beispielsweise mit einer Luftdurchtrittsöffnung ähnlich jener in Fig. 1 kombinieren. Eine solche zusätzliche Luftdurchtrittsöffnung würde dann auch für einen endgültigen Druckausgleich innerhalb des Kompressionsraumes nach einer Schalthandlung sorgen.

Es ist aber auch möglich, an einem Zylindergehäuse zwei, und zwar in unterschiedlicher Luftdurchtrittsrichtung wirkende Ventile anzuordnen, wofür die Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel gibt. Hierin ist ein kleiner Bereich eines Zylindergehäuses 53 - ebenfalls im Schnitt - angedeutet, welcher übrigens auf seiner rechts in der Darstellung gezeigten hochgezogenen Randung 54 an einen verjüngten Bereich 55 eines ansonsten nicht erkennbaren Dämpfungskolbens angrenzt. Innerhalb des gezeigten Bereiches des Zylindergehäuses 53 sind nun zwei Tellerventile 56 und 57 nebeneinander angeordnet, welche sich jeweils aus einem Ventilteller 58 bzw. 59, einer Ventilstange 60 bzw. 61 und einer Ventilfeder 62 bzw. 63 zusammensetzen, wobei sich die letztgenannten Ventilfedern an ihrem einen Längsende am Zylindergehäuse 53 abstützen und an ihrem entgegengesetzten Ende an einem Federteller 64 bzw. 65. Zur Abdichtung der Ventilteller 58 und 59 sind im Zylindergehäuse 53 Ringdichtungen 66 und 67 eingelassen. Setzt man voraus, daß sich bei der dargestellten Anordnung unterhalb des Wandungsteiles des Zylindergehäuses 53 der Kompressionsraum befindet, so dient das Tellerventil 56 der Überdruckentlastung des Kompressionsraumes, das Tellerventil 57 hingegen der Vakuumentlastung im Kompressionsraum beim Einschaltvorgang, wie er im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläutert worden ist. Ebenso wie das Kolbenventil 44 gemäß Fig. 3, sind auch Tellerventile 56, 57, wie sie hier in der Fig. 3 gezeigt sind, im Prinzip nicht neu. Ihre Funktion bedarf auch keiner besonderen Erläuterung. Wesentlich ist allerdings, daß den Ventilstangen 60 und 61 noch besondere Funktionen zugeordnet sind. Das in der Darstellung nach unten gerichtete Ende der Ventilstange 60 wird beim Heranrücken des (nicht gezeigten) Dämpfungskolbens von diesem in seiner Aufwärtsbewegung mitgenommen und öffnet nun das Tellerventil 56, unabhängig davon, welch ein Überdruck im Kompressionsraum herrscht. Damit ist eine Druckentlastung des Kompressionsraumes in der allerletzten Ausschaltphase auch dann gewährleistet, wenn das besagte Tellerventil 56 - aus welchen Gründen auch immer - vorher nicht angesprochen hat. Die Ventilstange 61 hingegen ragt über den Federteller 65 hinaus und kann mit ihrem in ihrer Darstellung nach oben gerichteten Ende von einem Stößel 68 erfaßt und in die Öffnungsstellung des Tellerventils 57 geführt werden. Dieser Stößel 68 ist mit dem verjüngten Bereich 55 des (also nicht gezeigten und auch nicht bezifferten) Dämpfungskolbens fest verbunden. Auch hier also wird in der letzten Phase des Einschaltvorganges entsprechend den Erläuterungen zur Fig. 1 eine Öffnung des Tellerventils 57 erzwungen, unabhängig vom Ausmaß eines Vakuums in der Kompressionskammer. Derartige "Zwangsbetätigungen" dienen der Entlastung von Dichtungselementen, wie solche auch bei der in dieser Fig. 3 gezeigten Dämpfungsvorrichtung vorgesehen und mit den Ziffern 69 und 70 versehen sind. Außerdem sind weitere Dichtungselemente - analog der Darstellung in Fig. 1 - am eigentlichen Dämpfungskolben vorhanden. Nicht unerwähnt bleibe, daß auch das in Fig. 2 gezeigte Kolbenventil 44 mit einer Zwangsbetätigung in der letzten Bewegungsphase ausgestattet sein kann. Hier würde es bereits genügen, das Kolbenventil 44 nach unten hin so weit zu verlängern, daß es um einen entsprechend gewählten Längsbereich in das Innere des Kompressionsraumes hineinragt.

Schließlich zur Fig. 4. Die hierin gezeigte Anordnung entspricht in vielen Einzelheiten derjenigen in Fig. 1, allerdings ist hier der zu schaltende Leistungsschalter 71 innerhalb einer Isolierstoffkapselung 72 angeordnet. Die in dieser Darstellung erkennbare Isolierstoffkapselung 72 setzt sich aus einem rohrförmigen Isolierstoffgehäuse 73 und einem Deckelteil 74 zusammen, welch letzteres ebenfalls aus Isolierstoff besteht. Das rohrförmige Isolierstoffgehäuse 73 ist außen von einem Metallmantel 75 umgeben, was aber für die hier zu erläuternde Dämpfungsvorrichtung ohne Belang ist. Wohl wesentlich ist die Tatsache, daß in diesem Falle das an sich schon bekannte Zylindergehäuse - hier mit der Ziffer 76 versehen - gleichzeitig Mitbestandteil des Kapselungsverschlusses ist, d.h. zusammen mit dem bereits erwähnten Isolierstoff-Deckelteil 74 das rohrförmige Isolierstoffgehäuse 73 verschließt. Hierfür findet übrigens noch eine Klammervorrichtung 77 Verwendung, welche außer den genannten Kapselungsteilen auch ein Dichtelement 78 umschließt. Eine besondere Ausgestaltung zeigt auch das zum Kapselungsinneren hin gerichtete Ende des hier mit der Ziffer 79 versehenen Dämpfungskolbens, welcher nämlich außer einem zum Leistungsschalter 71 gerichteten Ringansatz 80 noch eine Kolbenkappe 81 aus Isolierstoff aufweist. Letztere dient dazu, die Lichtbogenfußpunktfreiheit des Kapselungsinneren auch im Bereich des Kapselungsverschlusses zu gewährleisten. Sowohl die Kolbenkappe 81 als auch der Dämpfungskolben 79 weisen je ein Dichtelement 82 bzw. 83 auf, welche auch hier in radial umlaufenden, nicht im einzelnen bezifferten Nuten angeordnet sind. Alle übrigen Antriebselemente, angefangen vom mechanischen Kraftspeicherantrieb 10 bis hin zur Federanordnung 24, entsprechen vollständig denen, die in der Fig. 1 dargestellt und oben bereits beschrieben worden sind. Deshalb sind für diese Teile auch gleiche Bezifferungen wie in Fig. 1 verwandt worden. Dieses gilt auch für die Dichtungselemente 34 und 35, für den Sprengring 30, die Luftdurchtrittsöffnung 39 sowie die auch hier Verwendung findende Stellschraube 40 anstatt von Ventileinrichtungen, wie sie beispielsweise in den Fig. 2 und 3 gezeigt worden sind. Auch der Funktionsablauf entspricht demjenigen der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, so daß weitere Ausführungen hierzu entbehrlich sind. Wesentlich ist hier vor allem die Mehrfachfunktion des Zylindergehäuses 76, welches also zunächst der pneumatischen Dämpfung in Zusammenwirkung mit dem Dämpfungskolben 79 dient, dann aber auch der Halterung der ganzen Dämpfungsvorrichtung und schließlich der Verstärkung und Stützung des Deckelteils 74 der Kapselung 72. Außerdem hat das Zylindergehäuse 76 auch noch Anteil an der dichtenden Durchführung von Betätigungsorganen für die Betätigung des Leistungsschalters 71.


Anspruch[de]
  1. 1. Mit einer pneumatischen, eine Kolben-Zylinder- Anordnung enthaltenden Dämpfungsvorrichtung ausgestatteter mechanischer Kraftspeicherantrieb eines über ein Schaltgestänge betätigbaren Leistungsschalters für eine Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung (21) aus einem beweglichen, an seinen beiden Längsenden mit Betätigungsstößeln (31, 28) in Wirkverbindung stehenden und mit diesen zusammen Bestandteil des an den Leistungsschalter angrenzenden Schaltgestänges bildenden Dämpfungskolben (23, 79) sowie aus einem ortsfesten, den Dämpfungskolben aufnehmenden und dichtend führenden Zylindergehäuse (22, 42, 53, 76) besteht, daß im Inneren des Zylindergehäuses ein von Wandungsteilen dieses Zylindergehäuses und des Dämpfungskolbens umschlossener ringförmiger Kompressions- und Expansionsraum (38) (nachfolgend nur "Kompressionsraum" genannt) gebildet ist, welcher über mindestens eine zur freien Atmosphäre herausgeführte, bei pneumatischen Dämpfungsvorrichtungen an sich bekannte Luftdurchtrittsöffnung (39, 43) druckentlastbar bzw. vom Unterdruck entlastbar ist, und daß der Dämpfungskolben an seinem dem Leistungsschalter (15, 71) abgewandten Längsbereich (26) im Durchmesser verjüngt ist und in diesem verjüngten Bereich eine sacklochartige Ausnehmung (25) zur Aufnahme einer den erforderlichen Kontaktdruck für im Leistungsschalter gelegene Schaltkontaktstücke (19, 20) aufbauenden Federanordnung (24) aufweist.
  2. 2. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (24) in der sacklochartigen Ausnehmung (25) des Dämpfungskolbens (23) aus paarweise gegeneinander gerichteten Tellerfedern (29) und einer an einem Betätigungsstößel (28) befestigten Druckplatte (27) besteht.
  3. 3. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der Luftdurchtrittsöffnung (39) zur Druck- beziehungsweise Unterdruckentlastung des Kompressionsraumes (38) - insbesondere mittels eines Schraubgliedes (40) - veränderbar beziehungsweise einstellbar ist.
  4. 4. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdurchtrittsöffnung (43) zur Druck- beziehungsweise Unterdruckentlastung des Kompressionsraumes von einem nach Art eines Überdruckventiles wirkenden, unter einer Federlast (Druckfedern 46, 62, 63) stehenden und erst bei Erreichen eines vorgegebenen Druck- beziehungsweise Unterdruckwertes die Luftdurchtrittsöffnung freigebenden Ventilkolben (44) oder Ventilteller (58, 59) verschlossen ist.
  5. 5. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 4 mit wenigstens zwei Luftdurchtrittsöffnungen und daran angeordneten Ventilkolben oder Ventiltellern, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der beiden Bewegungsrichtungen des Dämpfungskolbens wenigstens eine der Luftdurchtrittsöffnungen im Sinne der Druck- beziehungsweise Unterdruckentlastung wirksam ist, wobei die Ansprechwerte der den unterschiedlichen Bewegungsrichtungen des Dämpfungskolbens zugeordneten Ventilkolben beziehungsweise Ventilteller (58, 59) unterschiedlich sein können (Fig. 3).
  6. 6. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der einer Luftdurchtrittsöffnung zugeordnete Ventilkolben beziehungsweise Ventilteller (58, 59) einen Betätigungsanschlag (60, 61) aufweist, welcher unmittelbar vom Dämpfungskolben oder von einem der Bewegung des Dämpfungskolbens folgenden Stößel (68) beaufschlagbar ist und bei vorgegebener Kolbenstellung den Ventilkolben beziehungsweise Ventilteller in seine die Luftdurchtrittsöffnung freigebende Stellung verlagert (Fig. 3).
  7. 7. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für einen innerhalb einer gas- und druckdichten rohrförmigen Kapselung angeordneten Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß das den Dämpfungskolben (79) aufnehmende Zylindergehäuse (76) mindestens einen Bestandteil eines Verschlußdeckels (74) für die Kapselung (72) bildet und zugleich der Durchführung von Betätigungsorganen (28, 79) für den Leistungsschalter (71) durch die Kapselung dient.
  8. 8. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 7 für einen innerhalb einer lichtbogenfußpunktfreien Isolierstoffkapselung angeordneten Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß das aus metallischem Werkstoff bestehenden und einen Bestandteil des Verschlußdeckels für die Kapselung bildende Zylindergehäuse (76) zum Kapselungsinneren hin mit einem Deckelteil (74) aus Isolierstoff abgedeckt und der aus metallischem Werkstoff bestehende Dämpfungskolben (79) zum Kapselungsinneren hin mit einer aus Isolierstoff bestehenden Kolbenkappe (81) versehen ist.
  9. 9. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen dem Dämpfungskolben (23) sowie seinem dem Leistungsschalter abgewandten, verjüngten Längsbereich (26) und dem Innenmantel des Zylindergehäuses (23) mittels Dichtungselementen (32, 33, 34) erfolgt, welche in radial umlaufenden Nuten (33, 36, 37) am Dämpfungskolben und/oder an dessen verjüngten Längsbereich und/oder am Innenmantel des Zylindergehäuses angeordnet sind.
  10. 10. Dämpfungsvorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenkappe (81) auf ihrem Außenmantel ebenfalls wenigstens eine radial umlaufende Nut mit einem darin angeordneten Dichtelement (83) aufweist.
  11. 11. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (79) und - beim Vorhandensein einer Kolbenkappe (81) entsprechend Anspruch 8 - die Kolbenkappe (81) außer ihren genannten Funktionen gleichzeitig die Funktion einer abdichtenden Halterung eines Betätigungsstößels (31) für die Betätigung des Leistungsschalters (71) erfüllen (Fig. 4).
  12. 12. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstößel (31) für die Betätigung des Leistungsschalters (71) von einem Isolierstoff-Stab gebildet ist, welcher an seinem einen Ende mit dem Dämpfungskolben (79) und/oder der Kolbenkappe (81) und an seinem entgegengerichteten Ende mit einem Betätigungsorgan (18) des Leistungsschalters fest verbunden ist (Fig. 4).
  13. 13. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Leistungsschalter (71) in Form eines Vakuumschalters bzw. einer Vakuumschaltröhre gekoppelt ist und zusammenwirkt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com