DE4227562A1 - Verfahren zum Steuern eines Hydraulikantriebes - Google Patents
Verfahren zum Steuern eines HydraulikantriebesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines
Hydraulikantriebes für einen elektrischen Leistungsschal
ter.
Ein solcher Antrieb geht aus der Publikation der ABB
Schaltanlagen GmbH Nr. DESAN 1 00 892 D vom März 1992 als
bekannt hervor.
Will man die Abschaltleistung des elektrischen Schalters
steigern, so muß von dessen Antrieb eine entsprechend hö
here mechanische Ausschaltenergie bereitgestellt werden.
Um den bestehenden Antrieb dafür zu ertüchtigen, stehen
im wesentlichen zwei Wege offen. So könnte man daran den
ken, den Antrieb mit einer gesteigerten Druckdifferenz
des Arbeitsfluids zu betreiben, was jedoch einen nicht
mehr zu vertretenden materialtechnischen Aufwand bedeu
tet.
Zum anderen könnten größere Ventilquerschnitte gewählt
werden, um insbesondere mehr Arbeitsfluid pro Zeiteinheit
aus der Kolben-Zylinderanordnung beim Abschalten abflie
ßen zu lassen. Dies bedingt leistungsstärkere Ausschalt
magnetspulen, die am Markt nicht erhältlich sind. Denkbar
wäre daher die Schaffung eines zweiten parallelen Ventil
sitzes, der von einem weiteren Magnetventil antreibbar
sein müßte. Da aus Sicherheitsgründen die Ausschaltmagne
ten immer in zweifacher Ausführung bereitgehalten werden,
bedeutet diese Lösung eine nicht unerhebliche Kostenstei
gerung; hinzu kommen vermehrte Aufwendungen an elektri
schen Leitungen und Steuerungsorganen sowie die Bereit
stellung einer entsprechend größeren Batterieleistung.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Ausschalt
energie des Hydraulikantriebes unter Beibehaltung des Ar
beitsdruckes mit einem vertretbaren Aufwand wirksam zu
steigern.
Dies gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren, gemäß
dem ein hydraulisches Verstärkerventil, das hydraulisch
von dem 3-2-Wegesitzventil aufgrund eines Ausschaltbefeh
les angesteuert wird, einen genügend großen Querschnitt
für den Abfluß des Arbeitsfluids von der Kolben-
Zylinderanordnung zum Niederdruckreservoir freigibt.
Nunmehr wird die gespeicherte hydraulische Energie, die
vom als Umschaltventil tätigen 3-2-Wegesitzventil beim
Ausschalten freigegeben wird, lediglich dazu benutzt, das
hydraulische Verstärkerventil anzusteuern. Das Verstär
kerventil ist in beliebiger Größe (Durchlaßmenge) ein
setzbar, und zwar ohne das 3-2-Wegesitzventil vergrößern
zu müssen.
Vorteilhaft ist es, ein Verstärkerventil vorzusehen, daß
durch einen in einem Gehäuse verschiebbaren Kolben, der
als Ventilverschluß- sowie als Ventilsteuerorgan dient,
gebildet ist. Dabei enthält eine Kolbenseite einen mit
Dichtsitzen versehenen Vorkolben, der den Ventilverschluß
bewerkstelligt und dessen Kolbenfläche der Kolbenzylin
deranordnung zugewandt ist. Die andere Kolbenseite dient
lediglich der Ventilsteuerung und wird mit Druckfluid be-
bzw. entlastet. Durch den Vorkolben wirkt der "fliegende"
Kolben des Verstärkerventiles in der Schließstellung als
Differentialkolben, bei dem sich die Steuerkolbenfläche
der im Vergleich dazu wesentlich kleineren Vorkolbenseite
gegenübersteht.
Zweckmäßigerweise wird der Steueranschluß des Verstärker
ventiles mit dem sitzfreien Anschluß des 3-2-Wegesitzven
tiles einerseits und ein Anschluß des Verstärkerventiles
mit der Kolben-Zylinderanordnung andererseits verbunden.
Parallel zu diesen Anschlüssen liegt eine Leitung, in der
ein Rückschlagventil eingesetzt ist, das in Richtung des
3-2-Wegesitzventiles sperrt. Das Rückschlagventil sorgt
beim Ausschalten insbesondere dafür, daß der Steueran
schluß des Verstärkerventiles sofort entlastet wird und
das Verstärkerventil verzögerungsfrei öffnen kann.
Wird dem Rückschlagventil eine Blende parallel gelegt, so
ist in der Ausschaltstellung dafür Sorge getragen, daß
über den Arbeitskolben der Kolben-Zylinderanordnung hin
weg abfließende Leckagen über das 3-2-Wegesitzventil zum
Niederdruckreservoir abgeführt werden und keine unge
wollte "schleichende" Einschaltung des Arbeitskolbens
stattfindet.
Wird die Steuerkolbenseite des Verstärkerventiles ständig
mit einer Rückstellfeder belastet, so kann nach Beendi
gung eines Ausschaltvorganges das Verstärkerventil sofort
wieder schließen. Damit ist es schon in die für die Ein
schalthandlung notwendigen sicheren Funktionsstellung ge
bracht; Fehlfunktionen sind damit sicher ausgeschlossen.
Die Erfindung soll anhand von hydraulischen Funktionsab
laufschemata näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Funktionsschema bei ausgeschaltetem
elektrischen Schalter und
Fig. 2 das Funktionsschema bei eingeschaltetem
Schalter.
Der elektrische Schalter 1, vorzugsweise ein Hochspan
nungsleistungsschalter, ist über eine Kolbenstange 2 mit
dem Arbeitskolben 3 der Kolben-Zylinderanordnung 4 mecha
nisch gekoppelt. Der Arbeitskolben 3 wirkt als Differen
tialkolben; dessen kolbenstangenfreie Bodenseite 5
(größere Kolbenfläche) wird zum Ein- bzw. Ausschalten mit
Hochdruckfluid beschickt bzw. davon entlastet. Hingegen
ist die kolbenstangenseitige kleinere Kolbenfläche stän
dig über eine Leitung 6 mit dem Hochdruckreservoir 7 ver
bunden. Bei Bedarf wird über eine Pumpe 8 Arbeitsfluid
von dem Niederdruckreservoir 9 in das Hochdruckreservoir
7 gefördert.
Ein 3-2-Wegesitzventil 10 enthält - wie dessen Bezeich
nung schon vorgibt - insgesamt drei Anschlüsse, davon
zwei mit Ventilsitzen. Die ventilsitzbewehrten Anschlüsse
sind über die Leitung 11 mit dem Niederdruckreservoir 9
sowie über die Leitung 12 mit dem Hochdruckreservoir ver
bindbar. Dadurch wird beim Betätigen des 3-2-Wegesitzven
tiles der ventilsitzfreie Anschluß, der an die Leitung 13
angeschlossen ist, wahlweise mit dem Hoch- (Fig. 2) bzw.
Niederdruckreservoir (Fig. 1) verbunden. Die Betätigung
des 3-2-Wegesitzventiles erfolgt mittels Magnetspulen,
und zwar einer Magnetspule 14 für die Ausschaltbetätigung
sowie einer weiteren Magnetspule 14a für die Einschal
tung. Die Magnetspule 14 ist aus Redundanzgründen zwei
fach vorhanden.
Der ventilsitzfreie Anschluß des 3-2-Wegeventiles 10 ist
mit einem der Bodenseite 5 des Arbeitskolbens 3 zugewand
ten Anschlußleitung 15 der Kolben-Zylinderanordnung über
eine Parallelschaltung verbunden. Letztere ist aus dem
Verstärkerventil 16, der Blende 17 sowie dem
Rückschlagventil 28 aufgebaut. Die Ventilfunktion des
Verstärkerventiles 16 besteht darin, bei Bedarf eine Ver
bindung zwischen der Anschlußleitung 15 sowie der zum
Niederdruckreservoir führenden Leitung 18 herzustellen,
d. h. einen direkten Weg von der Bodenseite 5 des Ar
beitskolbens zum Niederdruckreservoir freizugeben. Das
Verstärkerventil 16 besteht im wesentlichen aus einem in
einem Gehäuse verschieblichen "fliegenden" Kolben 19,
dessen eine Seite einen weiteren, das Ventilverschlußor
gan bildenden Vorkolben 20 besitzt. Die andere Seite des
Kolbens 19 bildet die mit dem 3-2-Wegesitzventil verbun
dene Steuerkolbenseite 21. Eine Rückstellfeder 22 drückt
den Kolben 19 stets in seine dargestellte Schließstellung
des Verstärkerventiles 16.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt:
In der gezeigten Ausschaltstellung des Schalters 1 gemäß Fig. 1 ist die Bodenseite 5 des Arbeitskolbens 3 entla stet, sie ist über die Anschlußleitung 15, die Blende 17, die Leitung 13, das 3-2-Wegesitzventil 10 sowie die Lei tung 11 mit dem Niederdruckreservoir verbunden.
In der gezeigten Ausschaltstellung des Schalters 1 gemäß Fig. 1 ist die Bodenseite 5 des Arbeitskolbens 3 entla stet, sie ist über die Anschlußleitung 15, die Blende 17, die Leitung 13, das 3-2-Wegesitzventil 10 sowie die Lei tung 11 mit dem Niederdruckreservoir verbunden.
Wird der Magnetspule 14a ein Einschaltbefehl erteilt,
stellt sich das 3-2-Wegesitzventil in die Stellung nach
Fig. 2 um. Danach wird die Leitung 13 mit der zum Hoch
druckreservoir 7 führenden Leitung 12 verbunden. Nun kann
Hochdruckfluid in Pfeilrichtung über das Rückschlagventil
28 unmittelbar an die Bodenseite 5 des Arbeitskolbens 3
gelangen und dieser wird sich in die, in Fig. 2 darge
stellten Einschaltstellung bewegen. Gleichzeitig wird an
die Steuerkolbenseite 21 des Verstärkerventiles 16 über
die Leitung 13 Hochdruckfluid gelangen, wodurch der Kol
ben 19 aufgrund seiner nunmehr wirksamen Differentialkol
benflächen das Verstärkerventil sicher in Schließstellung
hält. Die Differentialwirkung ergibt sich aus den hinrei
chend unterschiedlichen Flächen, nämlich des Vorkolbens
20 zum einen sowie der Steuerkolbenseite 21 zum anderen.
Die Dichtsitze des Vorkolbens 20 trennt die Anschlußlei
tung 15 sicher von der Leitung 18 ab.
Wird nun der Magnetspule 14 ein Ausschaltbefehl erteilt,
stellt sich das 3-2-Wegesitzventil in die in Fig. 1 ge
zeigte Stellung um, und die Leitung 13 wird mit dem Nie
derdruckreservoir 9 verbunden. Damit kann sofort die
Steuerkolbenseite 21 des Verstärkerventiles entlastet
werden und der auf dem Vorkolben 20 noch lastende, aus
der Kolben-Zylinderanordnung 4 gespeiste relative Hoch
druck bewegt den Kolben 19 entgegen der Rückstellfeder
22. Der Vorkolben 20 verläßt seinen Dichtsitz und damit
wird die konzentrisch neben dem Vorkolben 20 noch vorhan
dene Kolbenfläche zusätzlich wirksam, was den Kolben 19
in seine Ventilöffnungsstellung weiter hinein beschleu
nigt. Es wird rasch ein großer Durchtritt für das Fluid
von der Anschlußleitung 15 zur Leitung 18 und damit zum
Niederdruckreservoir 9 hergestellt. Der Arbeitskolben 3
wird seinerseits über seine Bodenseite 5 entlastet und
verfährt in Ausschaltstellung. Über das entgegen der
Pfeilrichtung sperrende Rückschlagventil 28 ist ein Ab
fließen des Fluids nicht möglich, während dessen Durch
tritt durch die stets offene Blende 17 zu vernachlässigen
ist. Nach Erreichen der Ausschaltstellung des Arbeitskol
bens 3 schließt die Rückstellfeder 22 das Verstärkerven
til 16 wieder. Leckverluste über den Arbeitskolben 3 wer
den über die Blende 17 abgeleitet, wodurch sich eine sta
bile Endlage des Systems einstellt.
Claims (5)
1. Verfahren zum Steuern eines Hydraulikantriebes
für einen elektrischen Schalter, insbesondere Hochspan
nungsleistungsschalter, mit einer Kolben-Zylinderanord
nung, in der ein Arbeitskolben zur Schalterbetätigung
verschoben wird, dessen eine kolbenstangenfreie Boden
seite entweder mit einem Hochdruck- oder einem Nieder
druckreservoir verbunden und diese Steuerung von einem
mittels Magnetspulen betätigbaren bistabilen 3-2-Wege
sitzventil vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet daß
für eine Ausschalthandlung das 3-2-Wegesitzventil (10)
ein hydraulisches Verstärkerventil (16) ansteuert, das
einen direkten Weg von der Bodenseite (5) des Arbeitskol
bens (3) zum Niederdruckreservoir (9) herstellt.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilan
schluß des Verstärkerventiles (16) ständig mit der Kol
ben-Zylinderanordnung (4) sowie ein Steueranschluß des
Verstärkerventiles (16) mit dem 3-2-Wegesitzventil ver
bunden ist und parallel zu diesen Anschlüssen ein Rück
schlagventil (28) geschaltet ist, das in Richtung des 3-
2-Wegesitzventiles sperrt.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verstärkerventil (16) durch einen in einem Ge
häuse verschiebbaren Kolben (19), der als Ventilver
schluß- sowie Ventilsteuerorgan dient, gebildet ist, daß
eine Kolbenseite einen den Ventilverschluß bewerkstelli
genden, mit Dichtsitzen versehenen Vorkolben (10) be
sitzt, dessen Kolbenfläche in jedem Falle mit der Kolben-
Zylinderanordnung (4) in Verbindung steht.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bzw. zur Durch
führung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Rückschlagventil (28) von einer Blende
(17) überbrückt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß das Verstärkerventil (16) eine
Rückstellfeder (22) enthält, die das Ventilverschlußorgan
ständig in Schließstellungsrichtung beaufschlagt.
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