Druckmittelantrieb zum Schliessen und Oeffnen der Kontakte eines Schalters

Abstract

 Der Druckmittelantrieb ist zum Öffnen und Schliessen der Kontakte (e₁, e₂) eines elektrischen Schalters vorgesehen. Er enthält ein Druckmittelreservoir (r), einen in einem Antriebszylinder (c) gleitenden Antriebskolben (t), welcher auf einen Mechanismus (j) zum Verschieben eines beweglichen Kontaktes (e₁) des Schalters wirkt, und ein Umschaltventil (s) zum wahlweisen Verbinden des Druckmittelreservoirs (r) mit dem Antriebszylinders (c) oder des Antriebszylinders (c) mit einem Auslassvolumen für das Druckmittel.
Dieser Druckmittelantrieb ist einfach und kostengünstig aufgebaut und kann die Kontakte des Schalters erheblich schneller öffnen als schliessen.
Dies ist einem zwischen dem Druckmittelreservoir (r) und dem Umschaltventil (s) angeordneten Vorschaltventil (v) mit einem von der Schliessdauer der Kontakte (e₁, e₂) bestimmten Durchströmquerschnitt sowie dem vielfach grösser bemessenen Durchströmquerschnitt des Umschaltventils (s) zuzuschreiben. Dieses Vorschaltventil (v) ist beim Schliessen der Kontakte (e₁, e₂) geöffnet und führt Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher (r) über das Umschaltventil (s) in den Antriebszylinder (c). Nach dem Schliessen der Kontakte (e₁, e₂) wird es geschlossen und stellt dann durch Umsteuerung des Umschaltventils (s) die Verbindung zwischen dem Antriebszylinder (c) und dem Auslassvolumen her.

Beschreibung

TECHNISCHER HINTERGRUND

[0001] Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Druckmittelantrieb zum Öffnen und Schliessen der Kontakte eines Schalters, enthaltend ein Druckmittelreservoir, einen Antriebszylinder, einen im Antriebszylinder gleitenden Antriebskolben, einen vom Antriebskolben beaufschlagten Mechanismus zum Bewegen eines beweglichen der Kontakte des Schalters, und ein Umschaltventil zum Verbinden des Druckmittelreservoirs mit dem Antriebszylinder beim Schliessen der Kontakte und zum Verbinden des Antriebszylinders mit einem Auslassvolumen beim öffnen der Kontakte.

STAND DER TECHNIK

[0002] Ein derartiger Druckmittelantrieb ist in US 2,384,801 A beschrieben. Dieser Druckmittelantrieb weist einen in einem Zylinder 15 geführten und über eine Kolbenstange 49 und ein Gestänge 50 auf einen beweglichen Kontakt eines Schalters wirkenden Kolben 17 auf. Zum Schliessen der Kontakte des Schalters wird dem Zylinder 15 über ein elektromagnetisch betätigtes Umschaltventil 21 und ein Drosselventil 23 Druckluft aus einem mit einer Kammer 186 des Umschaltventils 21 verbundenen Druckluftreservoir zugeführt. Die in den Zylinder 15 geführte Druckluft verschiebt den Kolben 17 und bewirkt so ein Schliessen der Kontakte und ein Spannen einer beim Ausschalten das öffnen der Kontakte bewirkenden Rückstellfeder 52. Das Umschaltventil 21 enthält ein Einlassventil 185, über welches beim Einschalten die Druckluft in den Zylinder 15 geführt wird, sowie ein Auslassventil 193, über welches beim öffnen der Kontakte bei geschlossenem Einlassventil 185 Luft aus dem Zylinder 15 nach aussen entfernt wird. Die Durchströmquerschnitte von Ein- und Auslassventil sind etwa gleich gross bemessen und auf die zum Schliessen der Kontakte und zum Spannen der Rückstellfeder 52 erforderliche Zeitdauer abgestimmt. Bei einer Kursschlussabschaltung ist die zum Öffnen der Kontakte zugelassene Zeitdauer jedoch wesentlich kürzer als beim Schliessen. Daher weist der Druckmittelantrieb nach dem Stand der Technik zusätzlich ein weiteres elektromagnetisch betätigtes Ventil 25 mit einem wesentlich grösseren Durchströmquerschnitt als das Ein- oder das Auslassventil auf. Hierdurch wird die Zeitdauer beim Öffnen der Kontakte wesentlich verkürzt. Jedoch ist ein solches Ventil wegen seines grossen Durchströmquerschnittes aufwendig.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0003] Die Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmittelantrieb für einen elektrischen Schalter zu schaffen, welcher einfach und kostengünstig aufgebaut ist und dennoch die Kontakte des Schalters erheblich schneller zu öffnen als zu schliessen vermag.

[0004] Der erfindungsgemässe Druckmittelantrieb zeichnet sich dadurch aus, dass er neben dem bereits vorhandenen Umschaltventil zusätzlich lediglich ein einfaches und einen geringen Durchströmquerschnitt aufweisendes elektromagnetisch betätigbares Vorschaltventil aufweist. Dieses Vorschaltventil steuert das Umschaltventil bei einem Schaltvorgang des Schalters mit dem Druckmittel an. Gegenüber dem Vorschaltventil kann das Umschaltventil daher einen wesentlich grösseren Durchströmquerschnitt aufweisen. Lediglich beim Schliessen der Kontakte des Schalters wird Druckmittel über das Vorschaltventil und das Umschaltventil geführt wird. Beim Öffnen der Kontakte des Schalters wird Druckmittel hingegen nur über das einen grossen Durchströmquerschnitt aufweisende Umschaltventil geführt. Das Öffnen der Kontakte kann daher auch ohne ein zusätzlich nebem dem Umschaltventil vorgesehenenes elektromagnetisch betätigtes Ventil mit grossem Durchströmquerschnitt ausgeführt werden. Hierdurch sind beim Ausschalten ein rasches Entweichen von Druckmittel aus dem Antriebszylinder und damit besonders kurze Ausschaltzeiten gewährleistet.

[0005] Da das Vorschaltventil über das Druckmittel auf dass Umschaltventil wirkt, kann das Umschaltventil etwa durch Einbau eines in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Druckmittels ansteuerbaren Ventilkörpers in besonders kostengünstiger Weise hergestellt werden.

[0006] Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemässen Druckmittelantriebs weist eine den Durchfluss des Druckmittels durch das Umschaltventil in Abhängigkeit von der Position des Antriebskolbens in einfacher und sicherer Weise verändernde Steuervorrichtung auf. Hierdurch wird unter anderem sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten eine gedämpfte Bewegung der Kontakte des Schalters erreicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0007] Die einzige Figur zeigt eine Aufsicht auf einen schematisch und teilweise geschnitten dargestellten erfindungsgemässen Druckmittelantrieb beim Schliessen des elektrischen Schalters.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0008] Der in der Figur dargestellte Druckmittelantrieb weist einen Antriebszylinder c, einen Multifunktionsblock n und ein Druckmittel, wie insbesondere Druckluft, vom Druck p enthaltendes Druckmittelreservoir r auf, dessen Eingang über einen Druckregler 1 mit einer Druckmittelquelle q kommuniziert, und dessen Ausgang durch ein elektromagnetisch betätigbares Vorschaltventil v geöffnet und geschlossen werden kann. Der Multifunktionsblock n ist zwischen dem Vorschaltventil v und einer Kammer a des Antriebszylinders c angeordnet und enthält ein Umschaltventil s und eine Steuervorrichtung h.

[0009] Die Kammer a ist durch einen druckmitteldicht im Antriebszylinder c geführten Antriebskolben t abgeschlossen. Der Antriebskolben t trägt eine Isolierstange i, welche mit einem Antriebsmechanismus j des Schalters kraftschlüssig gekoppelt ist. Ein beweglicher e₁ von zwei Kontakten e₁, e₂ des Schalters ist mit dem Antriebsmechanismus j kraftschlüssig verbunden. In der Einschaltposition des Schalters ruht der bewegliche Kontakt e₁ mit einer einen Druck p₁ hervorrufenden Kontaktkraft auf einem feststehenden e₂ der beiden Kontakte e₁, e₂. Der Antriebskolben t und der bewegliche Kontakt e₁ werden in der Einschaltposition von einer eine elektromagnetische Spule m enthaltenden Verklinkung gehalten. Die Verklinkung ist fortwährend der Kraft einer Feder g unterworfen, die mit ihrem einen Ende auf dem Antriebszylinder c und mit ihrem anderen Ende auf einem mit der Isolierstange i starr verbundenen Teil k abgestützt ist. In der Ausschaltposition des Schalters sind die Kontakte e₁, e₂ voneinander getrennt. Die vorgespannte Feder g drückt dann den Antriebskolben t gegen den Boden des Antriebszylinders c und hält den Antriebskolben t und damit auch den beweglichen Kontakt e₁ in einer definierten Lage.

[0010] Das Umschaltventil s weist einen in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des hindurchtretenden Druckmittels ansteuerbaren Ventilkörper w auf. Dieser Ventilkörper w ist in einer Bohrung x des Umschaltventils s verschieblich geführt. Die Bohrung x kommuniziert mit dem Vorschaltventil v und ist über Leitungen b₁, b₂ mit dem Antriebszylinder c und über eine Schnellauslass-Öffnung u mit einem Auslassvolumen, etwa Atmosphäre, zur Aufnahme von verbrauchtem Druckmittel verbunden. Der Ventilkörper w weist einen nach Art von Dichtungslippen y ausgebildeten Randbereich auf, welcher in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Druckmittels beim Schliessen der Kontakte e₁, e₂ an die Schnellauslass-Öffnung u (Figur) und beim Öffnen der Kontakte an die Wand der Bohrung x (gestrichelte Darstellung des Ventilkörpers w in der Figur) angepresst wird.

[0011] Die Steuervorrichtung h weist ein den Durchströmquerschnitt der Leitungen b₁, b₂ veränderndes Organ auf. Dieses Organ ist von einer Stange d gebildet, die über das Teil k und die Isolierstange i mit dem Antriebskolben t kraftschlüssig verbunden ist. Die Stange d ist in einer Kammer o geführt. Sie drosselt den Durchströmquerschnitt der Leitungen b₁, b₂ in der Ausschaltposition (Figur), d. h. bei geöffneten Kontakten e₁, e₂. Die Steuervorrichtung h weist ferner einen Spalt f auf, welcher in der Ausschaltposition die Kammer o mit dem Auslassvolumen zur Aufnahme von verbrauchtem Druckmittel verbindet.

[0012] Bei Betrieb des erfindungsgemässen Druckmittelantriebs wird Druckmittel, wie vorzugsweise Druckluft, durch den Druckregler 1 geführt, welcher den Druck p des Druckmittels im Druckmittelreservoir r stabilisiert.

[0013] Zum Schliessen der Kontakte e₁, e₂ wird zunächst das Vorschaltventil v geöffnet. Druckmittel vom Druck p strömt nun aus dem Druckmittelreservoir r über das Vorschaltventil v in die Bohrung x des Umschaltventils s. Diese Druckmittelströmung führt den Ventilkörper w gegen die Schnellauslass-Öffnung u. Der nach Art von Dichtungslippen y ausgeführte Randbereich des Ventilkörpers w wird durch den sich in der Bohrung x aufbauenden Druck unter vollständiger Abdichtung gegen das Auslassvolumen an die Schnellauslass-Öffnung u angepresst. Das Druckmittel wird durch die Leitung b₁, die Kammer o und die Leitung b₂ in die Kammer a des Antriebszylinders c geführt. Zu Beginn des Einschaltvorganges drosselt die in die Kammer o eingeführte Stange d (Figur) den Durchströmquerschnitt der Kammer o. Das durch die Kammer o geführte Druckmittel verschiebt den Antriebskolben t langsam nach oben. Hierdurch werden gleichzeitig der bewegliche Kontakt e₁ verschoben, die Feder g aufgeladen und die Stange d unter ständiger Vergrösserung des Durchströmquerschnittes aus der Kammer o entfernt. Nach Freigabe der Kammer o verschiebt sich der Antriebskolben t nun mit konstanter Geschwindigkeit. Schliesslich kommt der bewegliche Kontakt e₁ unter Bildung einer Kontaktkraft p₁ in Eingriff mit dem feststehenden Kontakte e₂ und werden der Antriebskolben t und damit auch der bewegliche Kontakt e₁ durch die elektromagnetische Kraft der Spule m verklinkt. Die Stange d befindet sich nun oberhalb des Spaltes f. Der Spalt f bewirkt am Ende der Aufwärtsbewegung des Antriebskolben t das Entweichen von Druckmittel, wodurch der Druck p in der Kammer o und damit auch in der Kammer a vermindert wird. Durch Minderung des Druckes in der Kammer a des Antriebszylinder c wird die Aufprallbewegung der beiden Kontakte e₁, e₂ beim Schliessen wirkungsvoll gedämpft.

[0014] Nach dem Schliessen und Verklinken der Kontakte e₁, e₂ wird das Vorschaltventil v geschlossen. Da die Bohrung x gegenüber der Kammer a ein sehr kleines Volumen aufweist, fällt der über den Spalt f sich abbauende Druck des Druckmittels in der Bohrung x viel rascher ab als in der der Kammer a des Antriebszylinder c. Als Folge davon heben sich die elastisch deformierten Dichtungslippen y des Ventilkörpers w von der Schnellauslass-Öffnung u ab und strömt Druckmittel aus der Bohrung x nun auch über die Schnellauslass-Öffnung u in das Auslassvolumen ab. Die nun einsetzende Druckmittelströmung aus der Kammer a des Antriebszylinders c führt die Dichtungslippen y an die Wand der Bohrung x und verschiebt den Ventilkörper w vollständig nach links (in der Figur gestrichelt dargestellt). Das in der Kammer a befindliche Druckmittel wird über das nun vollständig geöffnete, einen grossem Durchströmquerschnitt aufweisende Umschaltventil s und die Schnellauslass-Öffnung u sehr rasch in das Auslassvolumen entfernt. Hierdurch wird erreicht, dass der Schalter ohne ein zusätzliches Ausschaltventil in äusserst kurzer Zeit für eine Schnellausschaltung bereit ist.

[0015] Zum Öffnen der Kontakte e₁, e₂ des Schalters wird zunächst die Verklinkung durch Entregung der elektromagnetischen Spule m aufgehoben. Durch die Kraft der aufgeladenen Feder g bewegen sich der Antriebskolben t und der bewegliche Kontakt e₁ in die Ausschaltposition des Schalters. Noch in der Kammer a verbliebenes Druckmittel von Atmosphärendruck entweicht über die Leitung b₂, die Kammer o, die Leitung b₁, die Bohrung x und die Schnellauslass-Öffnung u in das auf Atmosphärendruck befindliche Auslassvolumen. Gegen Ende der Hubbewegung des Antriebskolbens t dringt die Stange d in die Kammer o ein und drosselt den Durchströmquerschnitt der Leitungen b₁, b₂. Hierdurch wird die Bewegung des Antriebskolben t und damit auch des Kontaktes e₁ wirkungsvoll gedämpft.

BEZEICHNUNGSLISTE

[0016] 

a

Kammer

b₁, b₂

Leitungen

c

Antriebszylinder

d

Stange

e₁, e₂

Kontakte

f

Spalt

g

Feder

h

Steuervorrichtung

i

Isolierstange

j

Antriebsmechanismus

k

Teil

l

Druckregler

m

elektromagnetische Spule

n

Multifunktionsblock

o

Kammer

p, p₁

Drücke

q

Druckmittelquelle

r

Druckmittelreservoir

s

Umschaltventil

t

Antriebskolben

u

Schnellauslass-Öffnung

v

Vorschaltventil

w

Ventilkörper

x

Bohrung

y

Dichtungslippen

Ansprüche

1. Druckmittelantrieb zum Öffnen und Schliessen der Kontakte (e₁, e₂) eines Schalters, enthaltend

- ein Druckmittelreservoir (r),

- einen Antriebszylinder (c),

- einen im Antriebszylinder (c) gleitenden Antriebskolben (t),

- einen vom Antriebskolben (t) beaufschlagten Mechanismus (j) zum Bewegen eines beweglichen (e₁) der Kontakte (e₁, e₂) des Schalters, und

- ein Umschaltventil (s) zum Verbinden des Druckmittelreservoirs (r) mit dem Antriebszylinder (c) beim Schliessen der Kontakte (e₁, e₂) und zum Verbinden des Antriebszylinders (c) mit einem Auslassvolumen beim Öffnen der Kontakte (e₁, e₂),

dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckmittelreservoir (r) und dem Umschaltventil (s) ein Vorschaltventil (v) angeordnet ist, das beim Schliessen der Kontakte (e₁, e₂) geöffnet ist und Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher (r) über das Umschaltventil (s) in den Antriebszylinder (c) führt, das nach dem Schliessen der Kontakte (e₁, e₂) geschlossen ist, und das nach seinem Schliessen durch Umsteuerung des Umschaltventils (s) die Verbindung zwischen dem Antriebszylinder (c) und dem Auslassvolumen herstellt.

2. Druckmittelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (s) einen in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des hindurchtretenden Druckmittels ansteuerbaren Ventilkörper (w) aufweist.

3. Druckmittelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (w) in einer Bohrung (x) des Umschaltventils (s) verschieblich geführt ist, welche Bohrung (x) mit dem Vorschaltventil (v) und dem Antriebszylinder (c) kommuniziert und über eine Schnellauslass-Öffnung (u) mit dem Auslassvolumen verbunden ist.

4. Druckmittelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (w) einen nach Art von Dichtungslippen (y) ausgebildeten Randbereich aufweist, welcher in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Druckmittels beim Schliessen der Kontakte (e₁, e₂) an die Schnellauslass-Öffnung (u) und beim Öffnen der Kontakte an die Wand der Bohrung (x) angepresst wird.

5. Druckmittelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine in den Strömungsweg des Druckmittels geschaltete Steuervorrichtung (h) vorgesehen ist, welche die Durchflussmenge des zwischen dem Umschaltventil (s) und dem Antriebszylinder (c) strömenden Druckmittels in Abhängigkeit von der Stellung des Antriebskolben (t) verändert.

6. Druckmittelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (h) zwischen das Umschaltventil (s) und den Antriebszylinder (c) in den Strömungsweg des Druckmittels geschaltet ist.

7. Druckmittelantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (h) ein Organ aufweist, welches den Durchströmquerschnitt einer Leitung (b₁, b₂) verändert, welche die Druckmittelverbindung zwischen dem Umschaltventil (s) und dem Antriebszylinder (c) sicherstellt.

8. Druckmittelantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ der Steuervorrichtung (h) eine mechanisch mit dem Antriebskolben (t) verbundene und in einer den Durchströmquerschnitt der Leitung (b₁, b₂) bestimmenden Kammer (o) geführte Stange (d) aufweist.

9. Druckmittelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (d) bei geöffneten Kontakten (e₁, e₂) den Durchströmquerschnitt der Leitung (b₁, b₂) drosselt.

10. Druckmittelantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuervorrichtung (h) zusätzlich ein Spalt (f) vorgesehen ist, welcher bei geschlossenen Kontakten (e₁, e₂) die Kammer (o) mit dem Auslassvolumen für das Druckmittel verbindet.

11. Druckmittelantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskolben (t) bei geschlossenen Kontakten (e₁, e₂) durch eine Verklinkung gehalten ist.

12. Druckmittelantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklinkung eine elektromagnetische Spule (m) enthält.

13. Druckmittelantrieb nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklinkung bei geschlossenen Kontakten (e₁, e₂) fortwährend mit der Kraft einer Feder (g) beaufschlagt ist.

14. Druckmittelantrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (s) und die Steuervorrichtung (h) in einen Multifunktionsblock (n) integriert sind.

Zeichnung