DE4227562A1 - Verfahren zum Steuern eines Hydraulikantriebes - Google Patents

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.

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.