CH664800A5

CH664800A5 - Umschaltsitzventil.

Info

Publication number: CH664800A5
Application number: CH6745/83A
Authority: CH
Inventors: Hubert Haeussler; Peter Suter
Original assignee: Beringer Hydraulik Gmbh
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1988-03-31
Also published as: DE8300760U1; FR2539465A1; FR2539465B1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Umschaltsitzventil für die unstetige Betätigung eines hydraulischen Antriebs, insbesondere für Leistungsschalter in elektrischen Hochspannungsanlagen nach dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1.

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 vorgesteuert. Hierzu sind die stirnseitigen Vorsteuerenden der als Schieber ausgebildeten Umschaltsitz ventile einerseits ständig mit dem Pumpendruck und andererseits über Vorsteuerventile abwechselnd mit dem Pumpendruck und einem wesentlich geringeren Druck, z.B. Rücklaufdruck, Tankdruck, beaufschlagt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Umschaltsitzventil derart auszubilden, dass hohe Umschaltgeschwindigkeiten, insbesondere eine hohe Ausschaltgeschwindigkeit erzielt wird. Dazu ist es notwendig, dass an den Vorsteuerenden eine genügend grosse Druckdifferenz ansteht, welche zu einer ausreichenden Schaltkraft führt. Dabei sollen die Flüssigkeitsmengen bei der Vorsteuerung nur sehr gering sein. Weiterhin wird Lekagefreiheit des Systems gefordert, um die Betriebssicherheit des über Wochen und Monate in Ruhe befindlichen Systems zu gewährleisten. Ein weiteres Erfordernis besteht darin, dass das Umschaltsitzsystem unabhängig von seiner Einbaulage einwandfrei funktioniert.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Umschaltsitzventil nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Es wird dadurch in vorteilhafter Weise erreicht, dass neben den als Differentialkolben ausgebildeten Vorsteuerenden auch das Umschaltsitzventil selbst, nämlich durch die angegebene Ausbildung der Grösse seines Sitzes zur Aufbringung der Schaltkräfte genutzt wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung der Zeichnung beschrieben.

Dargestellt ist ein Umschaltsitzventil 1 sowie der vereinfachte Schaltplan einer Schaltanlage für einen ein- und ausschaltbaren Hochspannungsschalter 8. Der Hochspannungsschalter 8 wird durch eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit mit Zylinder 7 und Differentialkolben 9 betrieben. Die Hydraulikpumpe 4, die eine vergleichsweise geringe Mengenleistung (11 pro min) hat, wird durch Motor 3 zeitweise angetrieben. Über Rückschlagventil 6 und Pumpleitung 31 werden der Speicher 5, die kleinere Differentialseite 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 12 und die Rücklaufleitung mit 20 bezeichnet.

Das Umschaltsitzventil 1 weist einen in einer Gehäusebohrung axial veschiebbaren Steuerschieber 2 auf. Der 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 33 auf, der zwischen zwei Sitzen 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 Verbraucher-Einschaltlei-tung 34 mit dem Tankkanal T und der Rücklaufleitung 32 verbunden. Daher ist in der Stellung «Aus» des Umschaltsitzventils der Differentialkolben 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 Schalers 8 festgelegt wird.

Gleichzeitig ist die grosse Vorsteuerkolbenfläche Fi am Vorsteuerende 13 des Steuerschiebers über die Radialbohrungen 15 und die Axialbohrung 14 mit dem Pumpendruck

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beaufschlagt. Die kleinere Vorsteuerkolbenfläche am Vorsteuerende 16 des Steuerschiebers 2 ist dagegen über Selbsthalteleitung 18, 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.

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 Tab.

Weitere dynamische Dichtungen sind bei dieser Ausführung des Umschaltsitzventils nicht erforderlich. Etwaige 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 Vorsteuerkolbenfläche am Vorsteuerende 16 mit dem Pumpen- bzw. Speicherdruck beaufschlagt. Es steht dadurch auf der gesamten Sitzfläche des Bundes 33 am Sitz 26 zwischen Pumpen- und Zylinderkanal, das heisst der gesamten Querschnittsfläche F2 der Pumpendruck an, da auch die kleinere Vorsteuerkolbenfläche F3 mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist. Da die Querschnittsfläche F2 grösser ist als die Vorsteuerkolbenfläche Fi wird der Steuerschieber 2 in die Stellung «Ein» (untere Bildhälfte) verschoben. In dieser Stellung verschliesst der Bund die Sitzfläche 27 zwischen Zylinder und Tank, so dass der Zylinderkanal Z und die Verbraucher-Einschaltleitung 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 28 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 Ausschaltventils 11 der Druck abbaut.

Im Schaltzustand «Ein» des Umschaltsitzventils wird

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durch Beaufschlagung der grösseren Kolbenfläche des Differentialkolbens 9 im Zylinder 7 der Hochspannungsschalter 8 eingeschaltet.

Auch die Stellung «Ein» des Steuerschiebers 2 ist stabil, solange ein Systemdruck ansteht. Zusätzlich erfolgt auch hier eine mechanische Festlegung durch Einrasten der federbelasteten Rastkugel 23 in die Rastkerbe 21. In der Schaltstellung «Ein» des Steuerschiebers ist nur noch die Dichtung 25 zwischen Vorsteuerende 13 undTankkanalTin Funktion.

Zum Ausschalten des Hochspannungsschalters 8 wird die Magnetbetätigung 29 des Ausschaltventils 11 impulsweise betätigt. Hierdurch wird die Vorsteuerkolbenfläche 16 über Rücklaufleitung 32 und Ausschaltleitung 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 Vorsteuerkolbenfläche Fi. Dadurch wird der Steuerschieber 2 schlagartig in die Stellung «Aus» verschoben, und die grössere Seite des Differentialkolbens 9 über die Verbraucher-Einschaltleitung 34, den Zylinderkanal Z und den Tankkanal T mit dem Tank 12 verbunden.

Der besondere Vorteil des Umschaltsitzventils besteht darin, dass es lediglich zwei dynamische Dichtungen verwendet. Ferner sind zur Vorsteuerung lediglich sehr geringe Ölmengen, und zwar einseitig auf der kleineren Vorsteuerseite 16, erforderlich.

Die Ringfläche, die sich als Differenzfläche F2-F3 ergibt, ist im Verhältnis zu der grösseren Vorsteuerkolbenfläche Fi so viel kleiner dimensioniert, dass sich für die Ausschaltung des Hochspannungsschalters 8 die erforderlichen kurzen Schaltzeiten ergeben, d.h. Fi>(F2-F3).

Die kleinere Vorsteuerkolbenfläche 16 ist deshalb mindestens Vi grösser als die Flächendifferenz aus Sitzfläche 26 bzw. 27 und grosser Vorsteuerkolbenfläche 13. Zur Erzielung der erforderlichen kurzen Ausschaltzeiten beträgt das Verhältnis dieser Flächen zwischen 3 und 5, d.h. 3<F3/F2-Fi<5.

Die Bohrung 14 wird zum einen gross genug ausgeführt, damit keine Drosselverluste bei der Kolbenbewegung bestehen. Zum anderen bewirkt diese Bohrung 14 aber auch eine Verminderung der Kolbenmasse, was für die Erreichung grosser Beschleunigungen und geringerer Schaltzeiten wichtig ist.

Ein Vorteil des erfindungsgemässen Umschaltsitzventils besteht darin, dass seine Einbaulage beliebig ist, dass es einfach herzustellen ist, insbesondere dass es einen einteiligen Kolben besitzt, der mit grosser Genauigkeit und Mass-haltigkeit gefertigt werden kann.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

664 800 PATENTANSPRÜCHE

1. U mschaltsitzventil für die unstetige Betätigung eines hydraulischen Antriebs, insbesondere für Leistungsschalter in elektrischen Hochspannungsanlagen, bestehend aus einem durch den Systemdruck mittels Vorsteuerventil hydraulisch vorgesteuerten Steuerschieber, welcher zwei Sitze gegenüber dem Ventilgehäuse besitzt, davon den einen zwischen dem Pumpenkanal und dem Zylinderkanal und den anderen zwischen dem Zylinderkanal und dem Tankkanal zur wahlweisen Schaltung eines Weges von der Pumpe zum Zylinder und eines Weges vom Zylinder zum Tank, welcher Steuerschieber endseitig Vorsteuerkolbenflächen zur Vorsteuerung besitzt, von denen die eine ständig mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist und von denen die andere mit einem Kanal verbunden ist, der wechselweise mit dem Pumpendruck oder dem Tankdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerkolbenflächen (13,16) des Steuerschiebers (2) als Differentialkolbenflächen ausgebildet sind, dass die grössere Vorsteuerkolbenfläche (13) mit dem Pumpendruck ständig beaufschlagt ist und dass die grössere Vorsteuerkolbenfläche (13) kleiner ist als die Sitzflächen (26, 27) des Steuerschiebers (2) in der Verbindung zwischen dem Pumpenkanal (P) und dem Zylinderkanal (Z) und in der Verbindung zwischen dem Zylinderkanal (Z) und dem Tankkanal (T).

2. Umschaltsitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (2) eine zentrale Bohrung (14) aufweist, welche die grössere Steuerfläche (13) mit dem Pumpenkanal (P) verbindet.

3. Umschaltsitzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kleine Vorsteuerkolbenfläche (16) grösser, vorzugsweise Vi grösser ist als die Flächendifferenz aus Sitzfläche (26,27) und grosser Vorsteuerkolbenfläche (13).

4. Umschaltsitzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der kleinen Vorsteuerkolbenfläche ( 16) zu der Flächendifferenz aus Sitzfläche (26 bzw. 27) und der grossen Vorsteuerkolbenfläche (13) zwischen 3 und 5 beträgt, d.h. 3<F3/(F2-Fi)<5.

5. 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 (27) den Zylinderkanal gegenüber dem Tankkanal verschliesst.

6. Umschaltsitzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 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.