[0001] Hochspannungsleistungsschalter mit einem Druckluftantrieb, bei dem die bewegten Massen
jeweils vor Erreichen der beiden Endlagen (EIN/AUS) mittels einer Dämpfungsanordnung
angebremst werden, sind bekannt (DE-AS 12 65 267). Im bekannten Fall besteht die Dämpfungsanordnung
aus einer Luftdämpfung. Eine derartige Luft-Dämpfungsanordnung ist jedoch für autopneumatische,
insbesondere SF-6-Hochspannungs-Leistungsschalter aus den verschiedenen Gründen nachteilig.
[0002] Bei einem idealen autopneumatischen Hochspannungs-Leistungsschalter sollte die Bewegung
der Schaltstange allein durch die hemmende Wirkung der Schaltstreckenpumpe beim Aufbau
des Blasdruckes verzögert werden. Dazu müssten die Kräfte und Energien, resultierend
aus Antriebskraft und bewegten Massen, mit dem Verhalten der Schaltstreckenpumpe abgestimmt
werden. Praktisch ist diese theoretische Forderung nicht zu erfüllen, so dass bei
einem derartig aufgebauten Hochspannungs-Leistungsschalter nicht eine optimale Beblasung
des Schalterlichtbogens gegeben wäre. Zum andern ändert sich das Verhalten der Schaltstreckenpumpe
mit der Schaltleistung, da es bei grossen Kurzschlußströmen zum Düsenverschluss-bzw.
Rückschlag heisser Gase in die Schaltstreckenpumpe kommt, d.h. der Schalter läuft
wieder fälschlicherweise in die Richtung "EIN". Diese Bewegungsumkehr führt_natürlich
zu einer verminderten Leistung. Um die Bewegungsumkehr zu vermeiden, müssen daher
die statischen Kräfte vom Antrieb und die kinetische Energie der bewegten Massen auf
den Leistungsfall, d.h. den Kurzschlussfall, ausgelegt werden. Somit besteht bei einem
leistungslosen Schalten ein Kräfteüberschuss. Dieser Überschuss muss mit einer separaten
Bremsanordnung aufgefangen werden, wobei der Stand der Technik eine Luftdämpfung lehrt.
Diese Luftdämpfung bzw. Bremsung wäre jedoch bei autopneu- .matischen Schaltern insofern
nachteilig, als aufgrund der hohen Kompressibilität der Gase ein Rückprallen auftreten
würde, d.h. es entstünde wiederum eine Bewegungsumkehr beim kritischen Ausschaltvorgang,
d.h. eine Umkehr der Bewegungsrichtung in Richtung "EIN", verbunden mit einem Druckverlust
und Verminderung der Leistung.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem autopneumatischen Hochspannungs-Leistungsschalter
mit einem aus.Druckluftzylinder und Druckluftkolben bestehenden Druckluftantrieb,
und mit einer Dämpfungsanordnung zur Abbremsung der bewegten Massen jeweils vor Erreichen
der beiden Endlagen (EIN/AUS) die Bewegung des Druckluftantriebes so zu dämpfen bzw.
abzubremsen, dass er in optimaler Weise den Erfordernissen entspricht, die an einen
autopneumatischen Leistungsschalter gestellt werden.
[0004] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäss der Erfindung dadurch, dass die Dämpfungsanordnung
aus einer hydraulich wirkenden Bremskolben/Bremszylinder-Anordnung besteht, die so
aufgebaut ist, dass die Bremsung der Antriebsbewegung in jeder Antriebsrichtung jeweils
im wesentlichen nur im Bereich der zugeordneten Endlage erfolgt.
[0005] Die Hydraulikflüssigkeit, insbesondere ein entsprechendes Öl, bremst, weil nahezu
inkompressibel, für den vorliegenden Zweck die Antriebsbewegung wesentlich vorteilhafter,
weil kein Rückprallen auftritt. Die Bremswirkung ist dabei exakt berechenbar, da der
Einfluss der Hydraulikflüssigkeits-Temperatur praktisch keine Rolle spielt, d.h. die
Bremswirkung ist temperaturunabhängig; die temperaturbedingten Viskositätsänderungen
sind nämlich gegenüber den Viskositätsänderungen in den mit hohen Druck beaufschlagten
Spalten des hydraulischen Systems vernachlässigbar. Auch ist der Temperatureinfluss
auf die Bremskolben/Bremszylinderanordnung ohne Nachteil. Wenn die wärmeausdehnung
des Bremszylinders grösser ist als die des Bremskolbens, ergeben sich bei tiefen Temperaturen
sogar weichere Bremsvorgänge.
[0006] Der grösste Vorteil einer ölbremse liegt aber darin, dass die Kräfte und Energien
sich mit v
2 ändern, d.h. wird die Schaltstangenbewegung des Leistungsschalters durch einen Lichtbogen
ver-
[0007] zögert, so ändert sich das Verhalten der Ölbremse mit =

d.
h., die Bremskraft nimmt entsprechend ab. Es kommt also zu keinem Rücklauf im Leistungsfall
bzw. Rückprall bei einer leistungslosen Schaltung. Die Bremswirkung passt sich somit
selbstätig an das Bewegungsverhalten der Schaltstrecke des autopneumatischen Schalters
an.
[0008] Durch die DE-AS 12 97 736 ist es zwar bekannt, bei einem Druckluftventil für einen
Hochspannungs-Leistungsschalter die Ventilbewegung durch eine Ölbremse zu beeinflussen.
Im bekannten Fall dient die Ölbremse, die bereits von Beginn an der Bewegung als Bremse
wirkt, als Zeiteinstellglied für den Ventilhub, um so die Ventile und damit die Kontaktbewegung
eines mehrpoligen Schalters zu synchronisieren. Diese Schrift gibt daher keine Hinweise
in Richtung der Bremsung der Bewegung des mittels eines Druckluftantriebes angetriebenen
autopneumatischen Hochspannungs-Leistungsschalters, der nur in den Endlagenbereichen
unter Berücksichtigung des Verhaltens der Schaltstreckenpumpe abgebremst werden soll.
[0009] Weitere ausgestaltende Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung
von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Erfindung.
[0010] Es zeigen:
Figur 1 das Prinzipschaltbild eines autopneumatischen Hochspannungs-Leistungsschalters
mit einem Druckluftantrieb.
Figur 2 eine Ausführungsform einer hydraulischen Dämpfungsanordnung für den Druckluftantrieb,
bei der die Bremskolben Anschläge in den Endlagen bilden.
[0011] Die Figur 1 zeigt einen autopneumatischen Hochspannungs-Leistungsschalter mit den
beiden Schaltkammern 1, 2, die jeweils ein nicht näher bezeichnetes Schaltkontaktsystem
in Verbindung mit Einrichtungen zur Beblasung des Lichtbogens und zur Erzeugung des
notwendigen Blasdr
L'ckes beinhalten. Die beiden Schaltkammern ruhen auf Stützern 3, in deren Innerem sich
eine Schaltstange 4 befindet, die kopfseitig über Umlenkelemente 5 mit den bewegbaren
Kontaktstücken des Kontaktsystems und fußseitig mit einem in einem Druckluftzylinder
6 gleitenden Druckluftkolben 7 eines Druckluftantriebes verbunden ist. Der Druckluftzylinder
6 ist dabei ortsfest mit ein6m Grundrahmen bzw. Grundgerüst 8 verbunden.
[0012] Der in Figur 1 dargestellte Schalter befindet sich dabei in der Stellung "AUS" (unterer
Totpunkt des Druckluftkolbens 7). Aus den in der Beschreibungseinleitung erwähnten
Gründen muss die Bewegung der Schaltstange 4 bzw. des Druckluftantriebes, d.h. des
Druckluftkolbens 7 gebremst bzw. gedämpft werden. Die Erfindung sieht zu diesem Zweck
hydraulische Dämpfungsanordnungen vor.
[0013] Eine Ausführungsform einer derartigen hydraulischen Dämpfungsanordnung zeigt die
Figur 2. In der linken Hälfte der Figur 2 ist dabei der Druckluftkolben 7 in der oberen
Stellung ("EIN"), in der rechten Hälfte in der unteren Stellung ("AUS") dargestellt.
Der Druckluftkolben 7 ist bei der Ausführungsform nach Figur 2 ein Hohlkolben, der
kopfseitig eine hohle.Kolbenstange 7a aufweist, die (in nicht dargestellter Weise)
mit der Schaltstange 4 (Figur 1) verbunden ist. Dieser Druckluftkolben gleitet im
Druckluftzylinder 6, der Öffnungen 6a, 6b, aufweist, die als Drucklufteintritt bzw.
Druckluftaustritt dienen. Der Druckluftzylinder 6 ist mittels einer Schraubverbindung
9 fest mit dem Grundrahmen bzw. Grundgerüst 8 verbunden. Der Drucklufthohlkolben 7
bzw. die Kolbenstange 7a gleitet mit zwei Dichtungsbereichen 7b, 7c an einer zentralen,
fest mit dem Druckluftzylinder verbundenen Führungsstange 10, die einen Bremskolben
11 aufweist, der ebenfalls fest steht. Diese beiden Dichtungsbereiche 7b und 7c begrenzen
den Raum 14 und bilden somit einen Bremszylinder, in dem auch der Bremskolben 11 liegt.
Der Raum 14 ist dabei mit einer Hydraulikflüssigkeit, insbesondere einem entsprechenden
Hydrauliköl gefüllt. Der Bremszylinderteil ist dabei mit der Bezugsziffer 7d versehen.
Über eine zentrale Bohrung 10a und ein Rückschlagventil 12 ist der Raum 14 mit einer
Hydraulikflüssigkeit-Leckage-Ausgleichseinrichtung 13 verbunden, die Hydraulikflüssigkeit
nachliefert, wenn diese aus dem Raum 14 entwichen ist.
[0014] Der Bremszylinder 7d und der Bremskolben 11 bilden die hydraulische Bremsanordnung
für den Druckluftantrieb in den beiden Endlagen.
[0015] Der Bremszylinder 7d hat zu diesem Zweck in seinen Endbereichen 7d
1 und 7d
2 einen geringeren Durchmesser als im mittleren Teil. Der Durchmesser dieses Endbereiches
ist dabei,jeweils auf den Durchmesser des Bremskolbens 11 so abgestimmt, dass beim
Einfahren des Bremskolbens in den Endbereich nur ein sehr enger Spalt zwischen Bremskolben
und Bremszylinder vorhanden ist. Der Bremskolben 11 weist beidseitig aussen axial
verlaufende Nuten 11a auf, deren Tiefe zum Kolbenrand hin jeweils zunimmt. Sie sorgen
für einen allmählichen Anstieg der Bremskraft. Der Bremskolben weist weiterhin beidseitig
auf der Stirnfläche Rückschlagventile 11b auf, die gegen die Kraft einer Feder jeweils
eine Bohrung 11c verschliessen, die etwa in Bremskolbenmitte in den Bremszylinderraum
14 einmünden, wobei diese Bohrungen einen Bypaß darstellen.
[0016] Die Wirkungsweise der Anordnung nach Figur 2 ist wie folgt: Angenommen, der Schalter
befände sich in der Stellung "EIN" (der Druckluftkolben 7 ist entsprechend der linken
Hälfte der Figur 2 oben) und soll in die Stellung "AUS" gebracht werden, d.h. der
Druckluftkolben 7 des Druckluftantriebes soll in die untere Stellung, gemäss der rechten
Hälfte der Figur 2, gebracht werden. Die Bewegung des Druckluftkolbens 7 muss daher
mit hoher Geschwindigkeit, d.h. ungebremst durch den Bremskolben 11 beginnen und zunächst
anhalten. Dies wird durch die untere Bohrung 11c und das untere Rückschlagventil 11b
des Bremskolbens 11 bewirkt. Bei der Abwärtsbewegung des Druckluftkolbens 7 wird nämlich
anfänglich Öl in den Raum 14, oberhalb des Endteiles 7d
2, durch den sich in diesem Rai.iteil aufbauenden erhöhten Druck durch die untere Bohrung
11c und das untere Rückschlagventil 11b gedrückt, und zwar solange, bis die untere
Stirnseite des Bremskolbens oberhalb des Endteiles 7d
2 diegt. Danach gleitet der Bremskolben völlig ungehindert im mittleren Bereich des
Raumes 14. Erreicht die Oberkante des Bremskolbens 11 den oberen Endbereich 7d
1' dann setzt die Bremswirkung der Ölbremse voll ein, und zwar ansteigend in dem Masse,
wie die Nuten 11a durch den Endbereich 7d
1 bedeckt werden. Die Endstellung, die schliesslich zwischen Bremskolben und oberen
Endbereich erreicht wird, zeigt dabei die rechte Hälfte der Figur 2.
[0017] Bei der umgekehrten Bewegung des Antriebes von der Stellung "AUS" in die Stellung
"EIN" (der Druckluftkolben 7 bewegt sich von unten nach oben) öffnet das obere Rückschlagventil
11b und gibt einen ausreichenden Querschnitt über die Bohrung 11c für das ungehinderte
Durchströmen des Hydrauliköles von dem Raum unterhalb des Bremskolbens in den Raum
oberhalb des Bremskolbens frei, so dass auch in diesem Fall die Bewegung des Schalters
bei Beginn durch die Bremsanordnung nicht verzögert wird.
[0018] Die Bewegung des Druckluftkolbens wird daher in beiden Bewegungsrichtungen nur in
den jeweils zugeordneten Endlagen gebremst, insbesondere nicht am Anfang beim Ausfahren
aus einer Endlage heraus, in die sie vorher gebremst eingefahren war.
[0019] Die prinzipiellen Strukturmerkmale der Bremsanordnung nach Figur 2 sind der feststehende
Bremskolben und die Anordnung des Bremszylinders in dem hohlen Druckluftkolben bzw.
der entsprechenden Kolbenstange. Es ist verständlich, dass dem Fachmann hierbei verschiedene
Möglichkeiten zur konstruktiven Lösung dieser Prinzipstruktur zur Verfügung stehen.
So ist es beispielsweise auch denkbar, den Bremskolben zweigeteilt auszuführen, d.h.
einen Doppelkolben vorzusehen.
[0020] Die Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Gleiche bzw. entsprechende
Teile zur Figur 2 sind dabei mit derselben Bezugsziffer versehen. Auch bei der Figur
3 zeigt die linke Hälfte den Antrieb in der Stellung "EIN", und in der rechten Hälfte
in der Stellung "AUS".
[0021] Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist die hydraulische Dämpfungsanordnung aussem
am Druckluftzylinder 6, in dem der Druckluftkolben 7 dichtend gleitet, angebracht.
[0022] Die Dämpfungsanordnung weist mindestens zwei Bremskolben 15a, 15b auf, die in Bremszylinderräumen
16a, 16b gehaltert sind bzw. darin gleiten, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt
sind und die stirnseitig an dem Druckluftzylinder 6 angebracht sind. In Figur 3 ist
der obere Bremskolben 15a in der Stellung "ausgefahren" und der untere Bremskolben
ist in der Stellung "eingefahren" gezeichnet (die jeweils andere Stellung ist gestrichelt
dargestellt). Die Bremszylinderräume 16a, 16b sind über eine Leitung 17 miteinander
verbunden, wobei die Leitung 17 über zwei Zweigleitungen 17a 1, 17a 2 bzw. 17b 1,
17b 2 in die zugeordneten Bremszylinderräume einmündet. Jeweils die äussere Zweigleitung
17a 1 bzw. 17b 2 ist mit einem Rückschlagventil 18a bzw. 18b verschlossen, das einen
Fluss von Hydraulikflüssigkeit nur in den Bremszylinder hinein erlaubt. Der Abstand
der Zweigleitungen in den beiden Bremszylinderräumen ist so getroffen, dass die innere
Zweigleitung durch den eingefahrenen Bremskolben verschlossen wird, die andere Zweigleitung
jedoch dabei offen bleibt.
[0023] Am oberen Bremszylinderraum 16a befindet sich dabei eine Entlüftungsschraube 19.
Der untere Bremszylinderraum 16b steht über ein Rückschlagventil 12 mit der Leckageausgleichseinrichtung
13 in Verbindung.
[0024] Die Wirkungsweise der Dämpfungsanordnung nach Figur 3 ist folgende: Angenommen, der
Druckluftantrieb befände sich in der Stellung "AUS" (rechte Hälfte) und soll in die
Stellung "EIN" (linke Hälfte) gebracht werden. Zu diesem Zweck wird am Einlass 6b
unter dem Druckluftkolben 7 Druckluft aufgebracht, wodurch sich der Druckluftkolben
7 nach oben bewegt und zwar ungehindert von der Bremsanordnung, da der Druckluftkolben
einfach von dem unteren Bremskolben 15b abhebt. Beim Erreichen der oberen Endlage
trifft aber der Druckluftkolben 7 auf den Bremskolben 15a, der als Anschlag wirkt
und in den Bremszylinderraum 16a eingetrieben wird. Das im oberen Bremszylinderraum
16a befindliche Hydrauliköl wird über die Zweigleitung 17a 2, die Leitung 17 und die
Zweigleitung 17b 2 (das Rückschlagventil 18b wird geöffnet) in den unteren Bremszylinderraum
16b verdrängt und treibt den unteren Bremskolben 15b selbsttätig aus der Stellung
"eingefahren" in die Stellung "ausgefahren". Beim Eintreiben des Bremskolbens 15a
durch das Auftreffen des Druckluftkolbens 7 verschliesst im weiteren Bremsverlauf
der Bremskolben 15a die Zweigleitung 17a 2, wodurch die Bremskraft entscheidend zunimmt
(das Rückschlagventil 18a verhindert dabei ein Ausfliessen des Hydrauliköles in die
Leitung 17a 1 bzw. 17). Die abgeschrägte Nase des Bremskolbens sorgt dabei für eine
sich allmählich aufbauende Bremskraft.
[0025] Im Falle einer Bewegung von der Stellung "EIN" in die Stellung "AUS", läuft der Vorgang
gerade umgekehrt ab, d.h. der selbstätig in Bereitschaft gekommene Bremskolben 15b
treibt beim Auftreffen des Druckluftkolbens 7 den Druckluftkolben 15a in die Stellung
"ausgefahren" und macht ihn bereit zum Abbremsen beim nächsten Schaltvorgang.
[0026] In den Leitungen 17, 17a und 17b können Drosselorgane oder dergleichen, die u.U.
verstellbar sind, zum Einstellen einer gewünschten Charakteristik beim Übertritt der
Hydraulikflüssigkeit von einem Bremszylinderraum in den anderen vorgesehen werden.
[0027] Die Grundstruktur der Ausführungsform nach Figur 3 besteht darin, dass die hydraulische
Dämpfungsanordnung aussem am Druckluftzylinder, und zwar zu beiden Stirnseiten des
Zylinders angeordnet ist. In Figur 3 ist dabei nur eine einzige Dämpfungsanordnung
dargestellt; zweckmässig sind jedoch mindestens zwei Dämpfungsanordnungen pro Stirnseite,
symmetrisch entlang des Umfanges des Druckluftzylinders verteilt, vorgesehen.
[0028] Die Bremskolben sind derart angeordnet bzw. die zugeordneten Bremszylinderräume sind
derart miteinander verbunden, dass, wenn der eine Bremskolben in Funktion (Bremsen)
tritt, er den anderen Bremskolben zwangsläufig für die gegenläufige Bewegung bremsbereit
macht. Auch hier versteht sich, dass sich für den Fachmann innerhalb des angegebenen
Prinzipes verschiedene konstruktive Lösungen des Problems anbieten.
1. Autopneumatischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem aus Druckluftzylinder
und Druckluftkolben bestehenden Druckluftantrieb, und mit einer Dämpfungsanordnung
zur Abbremsung der bewegten Massen jeweils vor Erreichen der beiden Endlagen (EIN/AUS),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dämpfungsanordnung aus einer hydraulisch wirkenden Bremskolben/Bremszylinder-Anordnung
besteht (7d, 11, 15, 16), die so aufgebaut ist, dass die Bremsung der Antriebsbewegung
in jeder Antriebsrichtung jeweils im wesentlichen nur im Bereich der zugeordneten
Endlage erfolgt.
2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, bei dem am Druckluftkolben eine Kolbenstange
angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bremskolben/Bremszylinderanordnung (7d, 11) im Innern der hohl ausgebildeten
Kolbenstange (7a) des Druckluftkolbens (7) angebracht ist.
3. Leistungsschalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Innern der Kolbenstange (7a) eine zentrale, fest mit dem Druckluftzylinder
(6) verbundene Führungsstange (10) vorgesehen ist, an der koaxial der Bremskolben
(11) angebracht ist, und dass an der Innenwand der Kolbenstange zwei, den Bremskolben
einschliessende und den Bremszylinder (7d) begrenzende Dichtungsbereiche (7b, 7c)
in Bezug auf die Führungsstange vorgesehen sind, und dass der Bremszylinder in den
beiden Endlagen zugeordneten Endbereichen (7d1, 7d2) verringerten Durchmesser aufweist, wobei dieser Durchmesser bis auf einen kleinen
bremsenden Spalt im Durchmesser dem des Bremskolbens (11) entspricht, und dass der
Bremskolben an beiden Stirnseiten Rückschlagventile (11b) aufweist, die selbsttätig
Bypaß-Leitungen (11c) beim Ausfahren aus der zugeordneten Endlage öffnen.
4. Leistungsschalter nach Anspruch 3,
dadurch h gekennzeichnet,
dass der Bremskolben an beiden Stirnseitenbereichen am Umfang axial verlaufende Nuten
(11a) aufweist, deren axiale Tiefe zur Stirnseite hin jeweils zunimmt.
5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch h gekennzeichnet,
dass der Bremskolben zweigeteilt ist.
6. Leistungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bremskolben/Bremszylinderanordnung (15, 16) an beiden Stirnseiten des Druckluftzylinders
(6) des Druckluftantriebes angebracht ist, derart, dass der Bremskolben (15) von dem
Druckluftkolben (7) in den zugeordneten Bremszylinder (16) eintreibbar ist, wobei
der Bremszylinder (16a) der einen Stirnseite über Ausgleichsleitungen (17) mit dem
Bremszylinder (16b) der anderen Stirnseite derart verbunden ist, dass beim Eintreiben
des Bremskolbens (15a) in den Bremszylinder (16a) der einen Stirnseite der Bremskolben
(15b) der anderen Stirnseite aus dem zugeordneten Bremszylinder (16b) ausgetrieben
wird.
7. Leistungsschalter nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgleichsleitung (17) an jeder Stirnseite mit zwei, axial beabstandeten
Zweigleitungen (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) in den zugeordneten Bremszylinderraum (16a, b) einmündet, von denen jeweils die
vordere offen und die hintere mit einem Rückschlagventil (18a, b), das nur einen Fluss
in den Bremszylinder hinein zulässt, verschlossen ist, und die derart angeordnet sind,
dass im Verlauf des Abbremsens durch den Bremskolben die vordere Zweigleitung (17a2, b1) von dem Bremskolben abgedeckt wird.
8. Leistungsschalter nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bremskolben (15a, b) an der der Zweigleitung (17) zugeordneten Seite kopfseitig
sich erweiternd, abgeschrägt ist.
9. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Leckageeinrichtung (13) zum Ausgleich von Verlusten an Hydraulikflüssigkeit
der Bremskolben/Bremszylinderanordnung vorgesehen ist, die über ein Rückschlagventil
(12), das nur einen Fluss aus der Leckageeinrichtung heraus zulässt, mit dem Bremszylinderraum
verbunden ist.