HIGH-POWER ELECTRIC CIRCUIT BREAKER WITH A HYDRAULICALLY OPERATED ACTUATING DEVICE

Abstract: 1. A high power switch (2) including a hydraulic differential piston actuator (3) adapted to be continually biased in the opening direction of the switch by a high pressure source (38, 39) and to be selectively biased in the closing direction through a 2/3 way poppet valve (1a) comprising a valve body (46) disposed in a housing bore of said poppet valve for reciprocating movement between a first closure position (I) in which said differential piston actuator (3) is biased in the closing direction, and a second closure position (II) in which said differential piston actuator (3) is biased in the opening direction, and having two spaced sealing surfaces (44, 45) alternately engageable with one of two valve seats (42, 43) of equal diameter disposed between a passage (A) connected to the differential piston actuator (3), a return passage (R), and a pressure inlet (P), the two ends of said valve body (46) being provided with first and second piston-shaped extensions (50, 51) projecting into respective control chambers (52, 53), further including two alternately operable auxiliary control valves (8, 9) for displacing said valve body (46) between the two closure positions (I + II), and at least one guiding and sealing section (47) formed on said valve body (46) and extending between said first extension (50) and the sealing surface (44) cooperating with said valve seat (42) located between said return passage (R) and said passage (A) whilst being sealingly guided in said housing bore, characterized in that the control chamber (53) receiving said second extension (51) is in continual and direct communication with said high pressure source (38, 39), in that both auxiliary control valves (8, 9) are associated with the other control chamber (52), in that said valve body (46) has a further guiding and sealing section (48) adjacent its end associates with said pressure inlet (P), the diameter (D) of said section being equal to the diameter (D) of said valve seats (42, 43), and in that the pressure-receiving surface area of said second extension (51) is smaller that the pressure-receiving surface area of said first extension (50).

Description: Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter mit hydraulischer Betätigungsvorrichtung Beschreibung Die Erfindung betrifft einen elektrischen Hochleistungs Trennschalter mit einer hydraulisehen Betäti#jngsvorrich- tung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art. Für elektrische Hochleistungs-Trennschalter und deren hydraulische Betätigungsvorrichtung sind 2/3-Wege-Sitzventile bekannt (Heilmeier & Weinlein, München, Typen Bezeichnung: LSV 18), in denen ein Abschnitt der Gehäusebohrung, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Führungsund Dichtabschnittes des Ventilkörpers entspricht, die Steuerkammer bildet, in die der Endteil des Ventilkörpers ragt. Der Ventilkörper weist zwei in einem Abstand voneinander liegende Dichtflächen auf, die mit den beiden Ventilsitzen an einem Hülseneinsatz in der Gehäusebohrung zusammenarbeiten, um entweder eine Strön:ungs-Verbindung zwischen der Hochdruckquelle und der Seite des Differentialkolbenantriebs herzustellen, die bei Beaufschlagung für das Schliessen oder Geschlossenhalten des Trennschalters verantwortlich ist, oder eine zweite Strömungsverbindung herzustellen, mit der diese Seite des Differentialkolbenantriebs zum Rücklauf hin entlastet wird. Bei der Entlastung dieser Seite des Differentialolbenantriebs wirkt der Hochdruck auf die andere Seite und reisst den Trennschalter auf. In der ersten Sperrstellung ist die Steuerkammer mit der Hochdruckquelle verbunden, und zwar entweder über eine Drosselbohrung im Ventilkörper oder über ein externes Hilfssteuerventil. Zusätzlich dazu kann die Steuerkammer über ein zweites Hilfssteuerventil in der ersten Sperrstellung des Ventilkörpers mit dem Rücklauf verbunden werden. In der zweiten Steuerstellung steht die Steuerkammer ohnedies über einen Drosselkanal im Ventilkörper mit dem Rücklauf in Verbindung und ist drucklos. An elektrische Hochleistungs-Trennschalter werden ausserordentliche Anforderungen gestellt, was das Ausschalten oder Öffnen des Trennschalters betrifft. Der Öffnungsvor gang muss in wenigen Millisekunden vollständig abgeschlos- sen sein, da bei einer langsamen Öffnungsbewegung des Trennschalters die anliegende, elektrische Leistung zu einem Zerstören des Trennschalters oder zu einer Explosion mit nicht vorhersehbaren Folgen führen würde. Andererseits muss der Hochleistungs-Trennschalter so sicher funktionieren, dass zu seiner Betätigung ausschliesslich hydraulische Vorrichtungen eingesetzt werden, die sich durch eine besondere Zuverlässigkeit auszeichnen. Ein weiteres, wichtiges Kriterium bei der Konzeption eines elektrischen Hochleistungs-Trennschalters mit seiner hydraulischen Betätigungsvorrichtung ist die Forderung, dass der elektrische Hochleistungs-Trennschalter bei Ausfall der hydraulischen Versorgung oder bei einer neuerlichen Inbetriebnahme der hydraulischen Druckversorgung in der Stellung zu verharren hat, in der er zuvor gewesen ist. Das bedeutet, dass der geschlossene Trennschalter bei Ausfall der Hydraulikversorgung in seiner Schliessstellung verbleiben muss, auch wenn die Hydraulikversorgung wieder eingerichtet wird, und dass umgekehrt der geöffnete Trennschalter bei Ausfall der Hydraulikversorgung in der Öffnungsstellung bleiben muss und diese auch dann beibehalten muss, wenn die Hydraulikversorgung wieder eingerichtet worden ist. Alle diese Forderungen konnten die bekannten hydraulischen Betätigungsvorrichtungen mit dem zuvor erläuterten 2/3-Wege Sitzventil erfüllen. Nachteilig war nur, dass die geforder- te kurze Schaltzeit von wenigen Millisekunden nur sehr schwierig zu erreichen war, da bei den hohen Arbeitsdrücken und den grossen Schaltkräften beim Öffnen des Trennschalters in der Steuerkammer ein unzweckmässig grosses hydraulisches Volumen bewegt werden musste. Es liegt auf der Hand, dass zur einwandfreien Abströmung dieses grossen Volumen aufwendige konstruktive Massnahmen erforderlich sind, die trotzdem eine Grenze für die Zeitspanne ziehen, in der dieses Volumen aus der Steuerkammer herausgedrückt werden kann, damit der Ventilkörper schnell genug in seine zweite Sperrstellung bewegt wird und die eine Seite des Dif fenentialkolbenantriebs zum Rücklauf entlastet. Zur Schaltzeit kommt als nicht zu beseitigende Einflussgrösse nämlich auch die Zeitspanne dazu, die zum Entlasten des Differenzialkolbenantriebs erforderlich ist, der ebenfalls unter einem ausserordentlich hohen Druck steht Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Hochleistungstrennschalter mit einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung zu schaffen, bei dem sich eine Öffnungs-Schaltzeit für den Hochleistungs-Trennschalter erreichen lässt, die kürzer ist als die bisher erreichbare. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Mit dieser Ausbildung der Endteile des Ventilkörpers bleiben die positiven Eigenschaften des Sitzventiles erhalten, d.h. es verharrt bei Druckverlust oder neuerlichem Druckaufbau in der jeweiligen Sperrstellung. Das Zusammenwirken zwischen dem Ventilkörper und den beiden Ventilsitzen bleibt durch diese Ausbildung ebenfalls unbeeinflusst. Als wesentlicher Vorteil dieser Konstruktion ergibt sich aber, dass das hydraulische Volumen, das zum Bewegen des Ventilkörpers in die Steuerkammer oder aus der Steuerkammer bewegt werden muss, erheblich verkleinert ist. Ein kleineres hydraulisches Volumen lässt sich jedoch wesentlich schnel ler bewegen und erfordert gerade zum Abströmen einen deutlich verringerten, technischen Aufwand der dafür verantwortlichen Bauteile, als dies bisher der Fall war. Der Zeitraum, der zum Öffnen des Trennschalters benötigt wird und der bisher nur wenige Millisenkunden betragen durfte, wird verkürzt, so dass die an solche Trennschalter gestellten Anforderungen hinsichtlich der Öffnungszeit leicht erfüllt werden können. Mit einer Verkürzung der Öffnungszeit ist auch ein veringerter, mechanischer Verschleiss des Trennschalters verbunden, da der beim Öffnen des Trennschalters unvermeidliche Lichtbogen, der durch zusätzliche Massnahmen unterdrückt oder gelöscht werden muss > nur kurzzeitig wirksam ist. Es ist zwar aus der DE-OS 2 213 244 ein Hochleistungs- Trennschalter mit einer hydraulischen Betätigungsvorrichtungbekannt, bei dem das 2/3-Wege-Sitzventil einen Ventilkörper enthält, dessen Endteile zu Ansätzen geformt sind, deren Durchmesser in etwa gleich dem Durchmesser der Ventilsitze, aber geringfügig kleiner als der Durchmesser der Führungs- und Dichtabschnitte ist. Allerdings dient der in die Steuerkammer ragende Ansatz als mechanischer Anschlag für einen federbelasteten und hydraulisch vorgesteuerten Sperrstift, mit dem der Ventilkörper in der ersten Sperrstellung gehalten werden soll, sobald ein ungewollter Druckabfall eintritt. Im Bereich des zweiten Ansatzes ist der Ventilkörper mit einer Durchgangsbohrung versehen, die eine Strömungsverbindung zwischen der Hochdruckquelle und dem abgetrennten Raum der Gehäusebohrung herstellt, in den dieser Ansatz ragt. Dies bedeutet, dass zum Bewegen des Ventilkörpers in die erste Sperrstellung die volle Querschnittsfläche des Führungs- und Dichtabschnittes aus der Steuerkammer heraus beaufschlagt werden muss bzw. dass zum Öffnen des Trennschalters unzweckmässiges grosses hydraulisches Volumen aus der Steuerkammer herausgedrückt werden muss. Durch dieses grosse hydraulische Volumen wird die Dauer der Öff nungszeit für den Trennschalter in der gleichen Weise negativ begrenzt, wie dies beim eingangs genannten Stand der Technik der Fall war. Der zweite Ansatz hat keine andere Funktion, als eine den Ventilkörper in die erste Sperrstellung drückende Feder zu führen und eine Anschlagbegrenzung zu bewirken. Damit die Steuerkammer gegenüber der Gehäusebohrung besonders gut abgedichtet ist und keine gegenseitige Beeinflussung zwischen den beiden Räumen stattfindet, ist eine Ausführungsform der Erfindung zweck#ässig, wie sie Anspruch 2 erläutert. Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung gibt Anspruch 3 an. Der zweite und in die Druckkammer ragende Ansatz erzeugt ständig eine Kraft am Ventilkörper, die ihn in die zweite Sperrstellung zu bewegen sucht. Wenn nun in der Steuerkammer der Druck abgebaut wird und die verhältnismässig kleine Hydraulikmenge rasch abgeführt wird, bewirkt der am anderen Ansatz herrschende Druck ein schnelles Verschieben des Ventilkörpers in die zweite Sperrstellung und damit ein Öffnen des Trennschalters. In der Steuerkammer und in der Druckkammer brauchen jedoch nur kleine hydraulische Volumina bewegt zu werden, was den technischen Aufwand für das Sitzventil verringert und zudem zu einer schnell ablaufenden Umschaltbewegung des Ventilkörpers führt. Eine weitere, zweckmässige Ausführungsform der Erfindung erläutert Anspruch 4. Da der Querschnitt der Führungs- und Dichtabschnitte grösser ist als der Querschnitt der Ventilsitze, ergibt sich aus der dabei gebildeten Differenzfläche eine resultierende Kraft für den Ventilkörper, mit der dieser zuverlässig aus der zweiten Sperrstellung in die erste Sperrstellung be wegt wird,,sobald der Trennschalter in seine Schliessstellung übergeführt werden soll. Die von den beiden Ansätzen bewirkten Kräfte am Ventilkörper heben sich dabei auf Hingegen wird bei Entlastung der Steuerkammer die am zweiten Ansatz in der Druckkammer herrschende Kraft schlagartig wirksam und bewegt auf diese Weise den an sich von der zuvor erwähnten Kraft in der ersten Sperrstellung gehaltenen Ventilkörper schlagartig in seine zweite Sperrstellung. Die vom zweiten Ansatz ausgeübte Kraft ist nämlich grösser, als die von der Differenzfläche zwischen dem Führungs- und Dichtabschnitt und dem Ventilsitz bewirkte Haltekraft für den Ventilkörper. Auch hierbei ist wiederum zum Öffnen des elektrischen Hochleistungs-Trennschalters nur ein kleines Hydraulikvolumen aus der Steuerkammer herauszutranspor tieren, so dass die Schaltzeit wünschenswert kurz wird. In der Praxis hat es sich gemäss Anspruch 5 als besonders zweckmässig erwiesen, ein Querschnittsflächen-Verhältnis von 2 : 1 zu wählen, da dann einerseits ein korrektes Bewegen des Ventilkörpers sichergestellt wird und da andererseits trotzdem die zu bewegende Hydraulikmenge gering ist. Ein weiteres, zweckmässiges Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert Anspruch 6 Bei dieser Ausbildung ergeben sich insbesondere herstellungstechnische Vorteile, da die Ventilsitze und die Führungsdichtabschnitte den gleichen Durchmesser bzw. Querschnitt besitzen. Die Gehäusebohrung lässt sich hierbei durchgehend ausbilden. Da der Ventilkörper bei dieser Ausbildung im wesentlichen druckausgeglichen ist, haben die Ansätze für die zum Bewegen des Ventilkörpers notwendigen Kräfte zu sorgen, was sie infolge ihrer unterschiedlichen Querschnittsflächen tun. Wenn beide Absätze mit Druck beauf schlagt werden, wird der Ventilkörper in die erste Sperrstellung bewegt. Wird dann hingegen die Steuerkammer druckentlastet, so wirkt nurmehr die Kraft der Druckbeaufschlagung am zweiten Ansatz, die den Ventilkörper schlagartig in die zweite Sperrstellung bewegt. Zweckmässiger- weise ist gemäss Anspruch 7 hierbei ein Querschnittsflächenverhältnis von 2 : 1 gewählt, das ein einwandfreies Umschalten des etilhcrpers einerseits tssicherstellt und andererseits noch kleine hydraulische Volumina erreichen lässt, die zum raschen Öffnen des Trennschalters von Vorteil sind. Herstellungstechnische Vorteil ergeben sich bei einer Ausführungsform gemäss Anspruch 8, da die Ansätze dann getrennte Hilfskolben sind, die vom eigentlichen Ventilkörper getrennt hergestellt und eingesetzt werden. Ein weiteres, wichtiges Ausführungsbeispiel der Erfindung gibt Anspruch 9 an. Mit der positiven überdeckung wird sichergestellt, dass beim Umschalten des Ventilkörpers zwischen seinen beiden Sperrstellungen und insbesondere bei der Bewegung von der ersten Sperrstellung in die zweite Sperrstellung nur eine vertretbar geringe Hydraulikmenge in den Rücklauf abströmt. In der Praxis hat sich hierbei eine Ausführungsform bewährt, wie sie Anspruch 10 erläutert. Die zapfenartigen Fortsätze tauchen in die Ventilsitze ein und verhindern der Verlust an hydraulischen Druckmittel, da sie das Druckmittel erst dann ungehindert durch einen Ventilsitz hindurchströmen lassen, wenn der andere Ventilsitz bereits durch den anderen Fortsatz weitgehend verschlossen wird. Die zapfenartigen Fortsätze definieren genau bemessene Spalte, die den Druckmittelstrom jeweils in der zuvor erwähnten Weise drosseln. Ein weiteres, zweckmässiges Ausführungsbeispiel gibt schliesslich Anspruch li an. Die mechanische Rastvorrichtung hat vorwiegend die Aufgabe, bei Druckausfall eine selbsttägige Bewegung des Ventilkörpers unter dem Einfluss von Schlägen gegen das Ventilgehäuse oder Vibrationen zu vermeiden. Die Rastvorrichtung ist aber nur so stark ausgelegt, dass sie bei irgendeiner hydraulischen Beaufschlagung des Ventilskörpers oder der Ansätze sofort überwunden wird. Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen elektrischen Hochleistungs-Trennschalter mit seiner hydraulischen Betätigungsvorrichtung und zwar mit einer ersten Ausführungsform eines 2/3-Wege-Sitzventils, Fig. 2 eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für den elektrischen Hochleistungs-Trennschalter mit einer zweiten Ausführungsform eines 2/3 Wege-Sitzventils, und Fig. 3 eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen Hochleistungs-Trennschalter mit einer dritten Aus führungs form eines 2/3-Wege-Sit¯z- ventils. Aus Fig. 1 ist eine hydraulische Betätigungsvorrichtung 1 für einen elektrischen Hochleistungs-Trennschalter 2 erkennbar, der in strichlierten Linien schematisch angedeutet ist. Der Trennschalter 2 wird durch einen hydraulischen Differen#ialkolbenantrieb 3 betätigt, der doppel seitig beaufschlagbar ist und einen Zylinderraum 4 mit grossem Beaufschlagungsquerschnitt sowie einen Zylinderraum 5 mit kleinerem Beaufschlagungsquerschnitt besitzt. Aus dem Zylinderraum 5 ist eine Kolbenstange 6 herausgeführt, mit der der Trennschalter betätigt wird. Der Zylinderraum 5 steht über eine Leitung 7a mit einer hydraulischen Hauptdruck-Versorgungsleitung 7 in Vcrbindung, die aus einer Hochdruckpumpe38 gespeist wird. An die Leitung 7 ist ferner ein Druckspeicher39 angeschlossen. Von der Leitung 7 zweigt eine Leitung 7b zu einem 2/3-Wege-Sitzventil ab, dessen Gehäuse mit 12 bezeichnet ist. Im Gehäuse 12 sind drei Hauptanschlüsse P, A, R vorgesehen. Die Leitung 7b führt zum Anschluss P. Von der Leitung 7 zweigt eine weitere Leitung 7c ab, in der ein erstes Hilfssteuerventil 8 und ein zweites Hilfssteuerventil 9 angeordnet sind. Die Leitung 7c führt hinter den Hilfssteuerventilen 8, 9 zum Rücklauf R. Die Hilfssteuerventile 8 und 9 sind bei diesem Ausführungsbeispiel magnetisch betätigte Zweistellungs-Durchgangsventile, die bei nicht erregten Magneten in ihrer Sperrstellung stehen. Vom Zylinderraum 4 führt eine Leitung zum HauptanschluD A, während der Anschluss R über eine Leitung 11 an den Rücklauf R angeschlossen ist. Im Gehäuse 12 des Sitzventils ist eine längs durchgehende Gehäusebohrung 13 vorgesehen, die in einen Abschnitt 13a mit dem Durchmesser D und einen zweiten Abschnitt 13b mit einem etwas kleineren Durchmesser D1 unterteilt ist. Die Endbegrenzungswände der Gehäusebohrung 13 werden von Bohrungen 14 bzw. 15 durchsetzt, deren Innendurchmesser d ist. In der Gehäusebohrung 13 ist ein Yentilkörper 16 in Längsrichtung zwischen zwei Sperrstellungen I und II hin- und her-bewegbar geführt. Der Ventilkörper 16 besitzt nahe seinem linken Ende einen Führungs- und Dichtabschnitt 17, dessen Aussendurchmesser D ist. An der dem Bohrungsabschnitt 13b zugewandten Stirnseite des Abschnittes 17 ist eine kegelförmige Dichtfläche 18 vorgesehen. Den Abschnitt 17 verbindet ein Schaft 19 mit einer weiteren an einer Schulter vorgesehen Dichtfläche 20, die sich in einem Abstand von der Dichtfläche 18 befindet. Der Übergang vom Bohrungsabschnitt 13a zum Bohrungsabschnitt 13b bildet einen ersten Ventilsitz 21, dessen innere Weite D1 ist. Der Dichtfläche 20 zugewandt ist ein weiterer Ventilsitz 22, ebenfalls mit der Weite Dl, zugeordnet. Der axiale Abstand zwischen den Dichtflächen 18 und 20 ist um den Arbeitshub des Ventilkörpers 16 grösser als der axiale Abstand zwischen den Ventilsitzen 21 und 22 In der Gehäusebohrung 13 sind den Anschlüssen P, A, R jeweils Eindrehungen 23, 2#, 25 zugeordnet, die sicherstellen, dass das Druckmittel den Ventilkörper allseits umströmen kann. Die Endteile des Ventilkörpers 16 sind zu kolbenarti- gen Ansätzen 26, 27 ausgebildet, welche sich durch die Bohrungen 14, 15 hindurch erstrecken und einen Durchmesser d aufweisen. Dichtungen 28 sind im Bereich des Abschnittes 17 und in der Bohrungswand der Bohrung 15 angeordnet. Eine Verbindungsleitung 29 verbindet den Ringraum 24 ständig mit einer Steuerkammer 31, die durch das linke Ende des Bohrungsabschnittes 13a,die Bohrungsendwand, den Aussenumfang des Ansatzes 27 und die mit D - d bezeichnete Differenzfläche zwischen dem Abschnitt 17 und dem Ansatz 27 begrenzt wird In der Leitung 29 ist eine Strömungsdrossel 30 vorgesehen, die zweckmässigerweise in ihrer Drosselwirkung einstellbar ist. Aus der Steuerkammer 31 führt eine Verbindungsleitung 32 zum Abschnitt der Leitung 7c zwischen den Hilfssteuerventilen 8 und 9. In der dargestellten Lage befindet sich der Trennschalter 2 in geschlossener Stellung, wofür beide Zylinderrahmen #, 5 der hydraulischen Differentialkolbenanordnung 3 unter dem aus der Hochdruckquelle 8 bereitgestellten Druck stehen. Der Zylinderraum 5 wird unmittelbar aus der Leitung 7 beaufschlagt, während der Zylinderraum 4 über die Leitung 7b, den Anschluss P, den freien Durchgang durch den Ventilsitz 22, den Anschluss A und die Leitung 10 mit dem gleichen Druck versorgt wird. Da die beaufschlagte Fläche im Zylinderraum 4 grösser ist als im Zylinderraum 5, bleibt der Trennschalter 2 geschlossen. Er verharrt auch in dieser Stellung, wenn der Druck in der hydraulischen Versorgung abgebaut werden sollte. Denn der zwischen P und A herrschende Druck wird über die Leitung 29 in die Steuerkammer 31 übertragen und wirkt dort auf die Differenzfläche D - d am rückwärtigen Ende des Abschnittes 17 und hält den Ventilkörper 16 mit seiner Dichtfläche 18 in Anlage am Ventilsitz 21. Bedingung ist dafür allerdings, dass die Querschnittsflächen-Differenz zwischen dem Ventilsitz 21 und dem Aussenumfang des Ansatzes 26 (D1 - d) kleiner ist als die Differenzfläche zwischen dem Abschnitt 17 und dem Ansatz 27 (D - d). Wenn in der gezeichneten Stellung der einzelnen Elemente der Trennschalter 2 geöffnet werden soll, wird das Hilfssteuerventil 9 betätigt, so dass die Steuerkammer 31 schlagartig über die Leitung 32 in den Rücklauf R entlüftet wird. Das dabei zu verdrängende Hydraulikvolumen ist verhältnis mässig klein und wird durch den Arbeitshub des Ventilkörpers 16 und die Differenzfläche D - d bestimmt. Darauffolgend überwiegt die Kraft, die auf der Differenzfläche zwischen dem Ventilsitz 21 und dem Aussendurchmesser des Ansatzes 26 wirkt und schlägt den Ventilkörper 16 nach links in seine zweite Sperrstellung II. Die¯Dichtfläche 20 kommt zur Anlage am Ventilsitz 22 und trennt den Anschluss A vom Anschluss P ab. Gleichzeitig wird die Dichtfläche 18 vom Ventilsitz 21 abgehoben und der Anschluss A mit dem Anschluss R verbunden. Die Zylinderkammer 4 wird über die Leitung 10 schlagartig entlastet, so dass der Druck in der Zylinderkammer 5 die Kolbenstange 6 nach links verschiebt und den Trennschalter 2 öffnet. Wenn in offener Stellung des Trennschalters die Hydraulikversorgung ausfällt, bleibt der Ventilkörper in dieser Stellung stehen. Wenn dann die Hydraulikversorgung in Betrieb genommen wird, wirkt der Druck aus der Zweigleitung 7b auf die Differenzfläche Dt - d und hält die Dichtfläche 20 am Ventilkörpersitz 22 angepresst. Gleichzeitig ist die Steuerkammer 31 über die Leitung 29 ebenfalls zum Anschluss R entlastet, so dass sich keine Kraft aufbauen kann, die den Ventilkörper 16 wieder nach rechts in seine Sperrstellung I verschieben könnte. Die Hilfssteuerventile 8 und 9 werden in der Regel nur kurzzeitig betätigt. Wenn in dieser Stellung bei ordnungsgemäss aufgebauten Druck von der Pumpe 8 der Trennschalter 2 geschlossen werden soll, wird bei geschlossenem Hilfssteuerventil 9 das Hilfssteuerventil 8 kurzzeitig in seine Durchgangsstellung geschaltet, so dass die Steuerkammer 31 über die Leitung 32 mit dem Druck aus der Leitung 7 beaufschlagt wird. Die sich dann auf der Differenzfläche D - d aufbau- ende Kraft schiebt den Ventilkörper 16 nach rechts, bis wieder die in Fig. 1 dargestellte Stellung erreicht wird. Dann ist der Anschluss P wiederum mit dem Anschluss A verbunden, während der Anschluss A vom Anschluss R getrennt ist. Der Zylinderraum 4 wird wieder beaufschlagt und damit der Trennschalter 2 in seine Schliessstellung gebracht. Gemäss Fig. 2 ist eine ähnliche hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen nicht dargestellten Hochleistungs- Trennschalter erkennbar, bei der die gleichen Teile mit den zuvor gewählten Bezugszeichen bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform der hydraulischen Betätigungsvorrichtung ist ein 2/3-Wege-Sitzventil verwendet, dessen Gehäuse 40 eine Gehäusebohrung 41 aufweist, die durchgehend mit dem gleichen Durchmesser D ausgebildet ist. In der Gehäusebohrung 41 sind zwei gleichgrosse Ventilsitze 42 und 43 ausgebildet, denen Dichtflächen 44 und 45 am Ventilkörper 46 gegenüberstehen. Die Dichtflächen 44 und 45 sind an Führungs- und Dichtabschnitten 47, 48 angeordnet, die den gleichen Durchmesser D besitzen, wie die Ventilsitze 42 und 43. Die Gehäusebohrung 41 ist an beiden Enden mit verlängernden Sackbohrungen 41a und 41b versehen, von denen die Bohrung 41a einen Durchmesser d2 und die Bohrung 41b einen Durchmesser dl aufweist. Die Querschnittsflächen der Ventilsitze 42 und 43 stehen zu den Querchnitts- flächen der Bohrungen 41a und 41b in etwa in einem Verhältnis von 1 : 4 : 10. Die hinter den beiden Abschnitten 47 und 48 verbleibenden Teile der Gehäusebohrung 41 sind durch Entlastungsleitungen 49 mit einer nicht dargestellten Rücklauf-Sammelstelle verbunden, so dass hinter den Abschnitten 47 und 48 kein Druck aufgebaut werden kann. In der Bohrung 41a ist ein Hilfskolben 50 abgedichtet verschieblich geführt, während in der Bohrung 41b ein Hirfskolben 51 in gleicher Weise angeordnet ist. Zwischen dem Hilfskolben 50 und der Bohrung 41a wird eine Steuerkammer 52 ausgebildet, während zwischen dem Hilfskolben 51 und der Bohrung 41b eine Druckkammer 53 gebildet wird, die über eine Leitung 54 ständig an die Leitung 7 angeschlossen ist und unter dem Druck aus der Druckquelle 8 steht. Die Steuerkammer 52 steht über eine Leitung 55 mit dem Leitungsabschnitt zwischen den Hilfssteuerventilen 8 und 9 in Verbindung und wird gleichzeitig über die Leitung 29 und die Drossel 30 mit dem Druck beaufschlagt, der in der Gehäusebohrung 41 jeweils herrscht. Die Funktion dieses Sitzventiles ist unmittelbar vergleichbar mit der Funktion der Ausführungsform von Fig.1, wobei hier allerdings zum Bewegen des Ventilkörpers in die zweite Sperrstellung II nach Entlastung der Steuerkammer 52 der Druck in der Druckkammer 53 auf dem Hilfskolben 51 benutzt wird. Zum Zurückbewegen des Ventilkörpers 46 in die erste Steuerstellung I wird die Steuerkammer 52 entweder über die Leitung 29 oder über die Leitung 55 mit dem Druck aus der Druckquelle 8 beaufschlagt, so dass der im Querschnitt grössere Hilfskolben die ständig am kleineren Hilfskolben 41 wirkende Kraft überwindet und den Ventilkörper in die in Fig. 2 gezeigte Stellung bringt. Nach einem Druckabfall und erneutem Aufbau des hydraulischen Druckes bleibt auch dieses Sitzventil in der Stellung, in der es zuvor gewesen ist. In der Sperrstellung I wird es dann durch die Kraft des grösseren Hilfskolbens 50 gehalten, während es in der Sperrstellung II allein durch die Kraft des kleineren Hilfskolbens 51 gehalten wird, so dass die Steuerkammer dann zum Rücklauf entlastet ist. Fig. 3 zeigt eine besonders zweckmässige Ausführungsform einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung für einen nicht dargestellten Trennschalter, bei dem das 2/3-Wege Sitzventil mit seinem Gehäuse 60 besonders einfach und zuverlässig hergestellt und montiert werden kann. Im Gehäuse 60 ist eine Gehäusebohrung 61 vorgesehen, die sich aus einem mittleren Abschnitt 61b mit dem Durchmesser D1 und zwei Endabschnitten 61a mit dem jeweiligen Durchmesser D2 zusammensetzt. Der Durchmesser des linken Gehäu- sebohrungsabschnittes 61a ist ohne Einfluss auf die Funktion des Ventils und könnte auch anders gewählt werden. Ein Ventilkörper 62 besitzt zwei in einem axialen Abstand voneinander liegende Führungs- und Dichtabschnitte 63 und 64, die mit Dichtflächen 67 und 68 mit Ventilsitzen 66 und 65 zusammenarbeiten, die zwischen den Gehäusebohrungsabschnitten ausgebildet sind. An jeder Dichtfläche 67 und 68 ist ein zapfenartiger Fortsatz 69 angeordnet, dessen Aussendurchmesser in etwa der Durchgangsweite D1 der Ventilsitze 65, 66 entspricht und dessen axiale Länge annähernd der Hälfte des möglichen Arbeitshubes des Ventilkörpers 62 entspricht. Die Gehäusebohrung 61 verlängernde Sackbohrungen 61c mit jeweils dem gleichen Durchmesser d erstrecken sich in das Gehäuse 60 hinein und bilden dort eine Steuerkammer 71 und eine Druckkammer 72, in welchen Hilfskolben 70 mit gleichen Durchmessern d abgedichtet verschieblich geführt sind. Die Druckkammer 72 wird über die Leitung 54 wiederum unmittelbar mit der Druckquelle verbunden, so dass sie ständig unter Druck steht. An einem der Abschnitte 63 oder 64 greift in Rastvertiefungen 74 ein Rastglied 73 an, das unter der Kraft einer Feder 75 steht. Das Rastglied verriegelt den Ven tilkörper 62 in seinen beiden Sperrstellungen I und II, sofern keine hydraulische Druckbeaufschlagung erfolgt. Diese Rastvorrichtung soll vor allem mechanisch auf das Sitzventil 1b einwirkende Kräfte daran hindern, den Ventilkörper 62 ungewollt zu verschieben. Der Ventilkörper 62 arbeitet hier mit den Ventilsitzen 65, 66 mit einer positiven überdeckung zusammen, d.h. die Fortsätze 69 tragen jeweils dafür Sorge, dass der Anschluss P mit dem Anschluss A erst verbunden wird, wenn der Anschluss R mit dem Anschluss A durch das Eintauchen des Fortsatzes 69 weitgehend getrennt wird. Diese Mass- nahme verhindert, dass beim Umschalten eine zu grosse Hydraulikmenge in den Rücklauf gelangen kann. Wenn in der in Fig. 3 dargestellten Lage das Hilfssteuerventil 9 in seine Durchgangsstellung geschaltet wird, wird die Steuerkammer 71 entlastet, so dass die Haltekraft des Hilfskolbens 70 wegfällt und der zweite Hilfskolben 70 in der Druckkammer 72 mit seiner Kraft den Ventilkörper 62 nach links verschiebt, bis die Dichtfläche 68 am Ventilsitz 65 anliegt. Dazu ist es allerdings erforderlich, dass der Querschnitt des Hilfskolbens 70 grösser ist, als die Differenzfläche zwischen D1 und D2, auf der der Druck im Anschluss P lastet. Damit der Ventilkörper dann wieder in seine Sperrstellung I zurückgeschoben werden kann, muss die Steuerkammer 71 wieder mit Druck beaufschlagt werden, so dass sich die Kräfte der beiden Hilfskolben 70 aufheben. Dann wirkt der Druck im Anschluss P auf die Differenzfläche zwischen dem Ventilsitz 65 und dem Abschnitt 64 (D2 - D1) und drückt den Ventilkörper 62 wieder nach rechts bis in die in Fig. 3 gezeigte Stellung. Der sich allmählich öffnende Spalt zwischen der Dichtfläche und dem Ventilsitz 65, unterstützt durch die Wirkung des Fortsatzes 69, führt zu einem Drosseleffekt, durch welchen zwischen dem Anschluss P und dem Anschluss A stets ein Druckgefälle vorliegt, welches dafür sorgt, dass der Ventil körper 62 soweit nach rechts geschoben wird, bis seine Dichtfläche 67 am Ventilsitz 66 anliegt. Dann herrschen wieder eindeutige Kraftverhältnisse, da der volle Druck auf der Differenzfläche D2 -D1 lastet. Bei allen Ausführungsformen können an die Steuerkammer selbstverständlich mehrere Hilfssteuerventile parallel angeschlossen werden, damit der Hochleistungs-Trennschaiter bei Ausfall eines Hilfssteuerventiles mit einem anderen geöffnet werden kann.

Claims: Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter mit hydraulischer Betätigungsvorrichtung Patentansprüche 1. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter mit einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung, mit einem doppelt beaufschlagbaren Differentialkolbenantrieb, der aus einer Hochdruckquelle in Öffnungsrichtung des Trennschalters ständig und in Schliessrichtung über ein 2/3-Wege-Sitzventil wahlweise beaufschlag bar oder mit einem Rücklauf verbindbar ist, mit einem im Sitzventil in einer zwei gleich grosse Ven tilsitze aufweisenden Gehäusebohrung zwischen einer ersten Sperrstellung, in der der Differentialkolben antrieb in Schliessrichtung beaufschlagt wird, und einer zweiten Sperrstellung, in der der Differential kolbenantrieb in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird, hin- und her-bewegbaren Ventilkörper, und mit einer Steuerkammer im Gehäuse des Sitzventils, die zur Be tätigung des Trennschalters an Hilfssteuerventile angeschlossen ist und in welche der Ventilkörper mit einem Endteil ragt, wobei der Ventilkörper zumindest benachbart zur Steuerkammer einen Führungs- und Dicht abschnitt aufweist, dessen Querschnitt zumindest gleich dem Querschnitt der Ventilsitze ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass beide Endteile des Ventilkörpers (16, 46, 62) erste und zweite kolbenar tige Ansätze (26, 27; 50, 51; 70) sind, dass beide An sätze abgedichtet verschiebbar im Gehäuse (12, 40, 60) geführt sind und dass die zum Bewegen des Ventilkörpers in Richtung auf die erste Sperrstellung zu in der Steuerkammer (31, 52, 71) beaufschlagbare Querschnitts flächen des ersten Ansatzes (27, 50, 70) oder die Dif ferenzfläche (D-d) zwischen dem ersten Ansatz (27) und dem Führungs- und Dichtabschnitt (17) erheblich kleiner ist, als der Querschnitt der Ventilsitze (21, 22; 42, 43; 65, 66). 2. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerkammer (52, 71) von der Gehäusebohrung (41, 61) getrennt angeordnet ist, und dass der erste Ansatz (50, 70) in die Steuerkammer ragt. 3. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach den An sprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der erste Ansatz (50, 70) in die von der Gehäuse bohrung getrennte Steuer kammer (52, 53) und der zweite Ansatz (51, 70) in eine von der Gehäusebohrung getrennte Druckkammer (71, 72) ragt, dass die Kammern durch Verlängerungsbohrungen (41a, 41b, 61c) der Gehäusebohrung gebildet sind, und dass die dem zweiten Ansatz (51, 70) zugeordnete Druck kammer (53, 72) ständig an die Hochdruckquelle (8) an geschlossen ist. 4. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach den An sprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ventilkörper (62) zwei axial vonein ander getrennte Führungs- und Dichtabschnitte (63, 64) aufweist, dass der Querschnitt-(D2) der Führungs und Dichtabschnitte grösser ist, als die Grösse (D1) der Ventilsitze (65, 66), dass die Querschnitte (d) der An sätze (70)einander gleich sind, und dass die Querschnitts fläche jedes Ansatzes (70) grösser ist, als die Flächen differenz zwischen den Führungs- und Dichtabschnitten und den Ventilsitzen. 5. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ver hältnis zwischen der Querschnittsfläche des Ansatzes (70) und der Differenzfläche zwischen den Führungs- und Dichtabschnitten (63, 64) und den Ventilsitzen (65, 66) 2 : 1 beträgt. 6. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach den An sprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ventilkörper (46) zwei axial vonein ander getrennte Führungs- und Dichtabschnitte (47, 48) aufweist, dass der Querschnitt der Führungs- und Dicht abschnitte und die Grösse der Ventilsitze (42, 43) ein ander gleich sind, und dass der in der Steuerkammer (52) angeordnete erste Ansatz (50) einen grösseren Querschnitt besitzt, als der zweite Ansatz (51) in der Druckkammer (53). 7. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen der Ansätze (50, 51) 2 : 1 ist. 8. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach den An sprüchen 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ansätze (50, 51; 70) als vom Ventil körper (46, 62) getrennte Hilfskolben ausgebildet sind, die an dem jeweils benachbarten Ende des Ventilkörpers anliegen. 9. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach den An sprüchen 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ventilkörper (62) mit den beiden Ven tilsitzen (65, 66) bei seiner Hubbewegung zwischen den beiden Sperrstellungen (I, II) mit einer positiven Über deckung zusammenarbeitet. 10. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass an mit den Ventilsitzen (65, 66) in der Gehäusebohrung (61) zusammenarbeitenden Dichtflächen (67, 68) des Ventil körpers (62) zapfenartige Fortsätze (6.9) angeordnet sind, deren Aussendurchmesser höchstens dem Innendurch messer der Ventilsitze (66, 65) entspricht 11. Elektrischer Hochleistungs-Trennschalter nach den An sprüchen 1 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t durch eine mechanische Rastvorrichtung (73, 74, 75) für den Ventilkörper (62), mit der dieser in seinen beiden Sperrstellungen (I, II) festlegbar ist.

Inventors: BRUNNER, RUDOLF, ZENKER, SIEGFRIED
Applicants: HEILMEIER & WEINLEIN FABRIK FUR OEL-HYDRAULIK GMBH & CO. KG
Application year: 1981
Main classification: H01H33
IPC codes: H01H33