DE4340533A1 - Hydraulikeinrichtung zur Betätigung eines Antriebskolbens für ein bewegliches Bauteil - Google Patents
Hydraulikeinrichtung zur Betätigung eines Antriebskolbens für ein bewegliches BauteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartige Hydraulikeinrichtung wird für den Antrieb
bzw. zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes eines
Leistungsschalters verwendet, wobei die Hydraulikeinrich
tung einen Speicher für das hydraulische Fluid und eine
geeignete Anzahl von Umschaltventilen, mit denen wechsel
weise die jeweiligen Räume des Kolbens mit dem Speicher
oder mit einem Niederdrucktank verbindbar sind, aufweist.
Der Speicher besitzt bei einer bekannten Anordnung ein
Tellerfedersystem, welches zur Aufladung des Speichers
zusammengepreßt wird und dadurch Federenergie aufnimmt.
Das Tellerfedersystem wirkt auf eine Kolben-Zylinderan
ordnung, in deren Zylinderraum mit der größeren Kolben
fläche das Hydraulikfluid vorgesehen ist. Durch Freigabe
dieses unter Druck stehenden hydraulischen Fluids zum
Niederdrucktank durch das Umschaltventil wird der Ar
beitskolben bzw. die Arbeitskolben des Leistungsschalters
betätigt, so daß der Schalter in Aus- oder Einschaltstel
lung verbracht werden kann.
Ein solcher hydraulischer Antrieb ist beispielsweise in
dem DE-GM 91 11 861 bekanntgeworden.
Hochspannungsleistungsschalter, die mit einem solchen
Hydraulikantrieb betätigt werden, können den abzuschal
tenden Strom nur im Stromnulldurchgang löschen. Im Falle
eines Kurzschlußstromes ist der Wechselstromanteil einem
abklingenden Gleichstromanteil überlagert, und es ist so,
daß die Schaltfähigkeit des Leistungsschalters mit Ab
klingen des Gleichstromanteils größer wird.
Deshalb wurde in einigen Fällen, insbesondere bei Schalt
geräten in USA ein verzögerndes elektrisches Relais in
den Ausschaltkreis geschaltet, so daß der Ausschaltvor
gang verzögert wurde, wodurch die Ausschaltleistung fak
tisch erhöht wurde. Die Ausschaltung von Leistungsschal
tern sollte aber aus Zuverlässigkeitsgründen auf direktem
Weg erfolgen, ohne daß zusätzliche mögliche Störglieder
im Ausschaltkreis, wie es im Falle eines Relais sein
könnte, die Funktionsfähigkeit des Leistungsschalters be
einträchtigen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hydraulikein
richtung der eingangsgenannten Art zu schaffen, bei der
die Ausschaltung von Leistungsschaltern auf direktem Weg
erfolgt, ,ohne zusätzliche mögliche Störglieder im Aus
schaltkreis.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß also ist dem Umschaltventil bezüglich
Ausschaltrichtung ein Steuer- oder Hilfskolben zugeord
net, der den Steuerschieber kurz auch Schieber genannt,
des Umschaltventils in Ausschaltrichtung antreibt, in dem
der Raum zwischen dem Steuerkolben oder Hilfskolben und
dem Schieber des Umschaltventils durch ein Vorsteuerven
til entlastet wird, so daß der Schieber durch das auf der
entgegengesetzten Seite des Steuerkolbens nach wie vor
anstehende Druckfluid gegen den Schieber bewegt wird, so
daß durch den Steuerkolben der Schieber in Ausschaltrich
tung verschoben und das Umschaltventil umgeschaltet wird,
wodurch die Ausschaltung bewirkt wird.
Dabei befindet sich die größere Kolbenfläche des Steuer
kolbens auf der dem Schieber zugewandten Seite und der
zwischen der größeren Kolbenfläche und dem Schieber be
findliche Raum der Steuerkolben-Zylinderanordnung ist ei
nerseits mit dem Speicher und andererseits über das Vor
steuerventil mit einem Niederdrucktank verbunden.
Die Wirkungsweise ist wie folgt:
Zur Ausschaltung des Leistungsschalters wird ein Aus
schaltsignal auf das Vorsteuerventil gegeben. Dieses Vor
steuerventil gibt dem Hydraulikfluid den Weg aus dem Raum
zwischen dem Steuerkolben und dem Schieber des Umschalt
ventils frei, so daß sich der Steuerkolben gegen den
Schieber bewegen kann. Nach Auftreffen auf den Schieber
wird dieser vom Steuerkolben in die Stellung bewegt, die
das Ausschalten des Leistungsschalters bewirkt.
Durch die Zwischenschaltung des Steuerkolbens entsteht
eine Verzögerung, die über eine Hubeinstellung des Steu
erkolbens justierbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu ent
nehmen.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung schematisch dargestellt ist, sollen die Erfin
dung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver
besserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben
werden.
Es zeigen:
Fig. 1 die Hydraulikeinrichtung in Einschaltstel
lung,
Fig. 2 die Hydraulikeinrichtung gemäß Fig. 1 bei
Beginn der Ausschalthandlung,
Fig. 3 die Hydraulikeinrichtung gemäß den Fig.
1 und 2 in der Ausschaltstellung, und
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Umschaltventils
mit Verzögerungseinrichtung, in schemati
scher Darstellung.
Ein in einem Leitungsnetz 10 befindlicher elektrischer
Hochspannungsleistungsschalter 11, der ein metallgekap
selter SF₆-gasisolierter oder ein Freiluftschalter oder
dgl. sein kann, besitzt eine der Anzahl der Phasen ent
sprechende Anzahl von beweglichen Kontaktstücken 12, die
in den Fig. 1 bis 3 als drehbare Kontaktstücke darge
stellt sind, tatsächlich aber auch linear bewegbare Kon
taktstücke sein können. Die bewegbaren Kontaktstücke 12
werden jeweils von einer Antriebskolben-Zylinderanordnung
13 betätigt, die einen Zylinderraum 14 aufweist, in dem
ein Kolben 15 hin- und herbewegbar ist, wobei an dem Kol
ben 15 eine Kolbenstange 16 angeschlossen ist, die über
eine Zwischenglied 17 mit dem beweglichen Kontaktstück 12
verbunden ist. Durch den Kolben 15 wird der Arbeitszylin
derraum 14 in einen Raum 14a unterhalb des Kolbens und
einen Raum 14b oberhalb des Kolbens unterteilt, wobei der
Raum 14a durch die größere Fläche des Kolbens 15 begrenzt
wird; der Raum 14b wird durch die durch den Kolbenstan
genquerschnitt verringerte Kolbenfläche begrenzt. In den
Raum 14a mündet eine Fluidleitung 18 und in den Raum 14b
mündet eine Fluidleitung 19 ein, die mit einem Druck
fluidspeicher 20 verbunden sind, wobei die Leitungen 18
und 19 an einem Verbindungspunkt 21 miteinander verbunden
sind. In der Leitung 18 zwischen dem Raum 14a und dem
Verbindungspunkt 21 befindet sich ein Umschaltventil 22,
welches einerseits ein Einschaltmagnetsystem 23 und ande
rerseits zwecks Ausschaltung eine Steuerkolben-Zylinder
anordnung 24 aufweist. Innerhalb des Umschaltventils 22
befindet sich ein Schieber 22a (siehe Fig. 4), der einen
Vorsprung 25 aufweist, der in einer ersten Stellung, in
der die Leitung 18 mit dem Energiespeicher 20 verbunden
ist, aus dem Umschaltventil 22 herausragt. An dem Bereich
des Umschaltventils, in dem sich der Vorsprung 25 befin
det, schließt die Steuerkolben-Zylinderanordnung 24 an.
In der Steuerkolben-Zylinderanordnung 24 befindet sich
ein Steuerkolben 26, der, wie aus Fig. 1 ersichtlich
ist, um einen bestimmten einstellbaren Hub t innerhalb
der Steuerkolben-Zylinderanordnung 24 bewegbar ist. Am
Steuerkolben 26 schießt auf der dem Umschaltventil 22
entgegengesetzten Fläche eine Führungsstange 26a an, die
in einer Ausnehmung 26b geführt ist.
An dem Verzweigungspunkt 21 schließen außer der Leitung
18, die durch das Umsteuerventil 22 hindurchgeführt ist,
eine Leitung 27 an, die sich an einem Verzweigungspunkt
28 in eine Leitung 29 und eine Leitung 30 verzweigt, wo
bei die Leitung 29 in den Raum zwischen dem Steuerkolben
26 und dem Schieber mit dem Vorsprung 25 einmündet; aus
diesem Raum mündet eine weitere Leitung 31 in ein Vor
steuerventil 32, welches andererseits über eine Leitung
33 mit einem Niederdrucktank 34 verbunden ist. Die Lei
tung 30 mündet in den schieberabseitigen Raum des Steuer
kolbens 26 ein. Das freie kolbenseitige Ende der Füh
rungsstange 26a endet in einer Kolbenfläche 26c, die
einen gegenüber der Kolbenfläche des Steuerkolbens 26 ge
ringeren Querschnitt aufweist und an der über die Leitung
30 dauernd Hochdruckfluid ansteht. Zwischen dem Kolben 26
und der kleineren Kolbenfläche 26 schließt eine Leck
fluidleitung 35 an, die zum Niederdruckbehälter 34 führt.
Mit dem Umschaltventil ist eine Leitung 36 verbunden, die
ebenfalls in den Niederdrucktank einmündet.
Die Wirkungsweise ist nun wie folgt:
Die Fig. 1 zeigt die Einschaltstellung, in der sich das
bewegliche Kontaktstück 12 in der Schließstellung befin
det. Der Kolben 15 befindet sich an der obersten Stelle,
da sowohl über die Leitung 19 als auch über die Leitung
18 auf Grund der Stellung des Schiebers des Umschaltven
tils aus dem Speicher 20 herkommendes Druckfluid sowohl
in den Raum 14b als auch in den Raum 14a eingedrückt ist.
Die Stellung des Kolbens 15 in der in Fig. 1 dargestell
ten Anordnung wird erreicht auf Grund der unterschiedli
chen Kolbenflächen. Das Umschaltventil 22 ist in der
Sperrstellung, in der der eine am Schieber 22a angeformte
Kolben 22b von seinem Ventilsitz 22c entfernt ist, woge
gen der andere Kolben 22d an seinem Ventilsitz 22e an
liegt. Dadurch ist die Leitung 18 nicht unterbrochen bzw.
abgesperrt, wogegen der Leitungszug der Leitungen 18 bis
36 gesperrt ist.
Wenn nun der Schalter ausgeschaltet werden soll, dann
wird das Elektromagnetsystem 32a des Vorsteuerventils 32
betätigt, so daß dieses Ventil in die Durchlaßstellung
gesteuert wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Damit wird
der Raum zwischen dem Vorsprung 25 und dem Steuerkolben
26 entlastet, so daß aufgrund des an der Kolbenfläche 26c
anstehenden Druckes der Steuerkolben 26 nach links betä
tigt wird. Der Steuerkolben 26 benötigt für diese Bewe
gung nach links eine bestimmte Zeit, die so eingestellt
werden kann, daß die gewünschte Ausschaltverzögerung er
reicht wird (siehe unten). Der Steuerkolben 26 steuert
den Umsteuerschieber 22a des Umschaltventils in Durchlaß
stellung um, in dem der Kolben 22d von seinem Ventilsitz
22e entfernt und der Kolben 22b gegen seinen Ventilsitz
22c gedrückt wird. Damit wird der Raum 14a über das Um
steuerventil mit der Leitung 36 und damit mit dem Nieder
drucktank 34 verbunden. Dadurch kann der Kolben 15 auf
Grund des auf die kleinere Kolbenfläche wirkenden Fluid
druckes in die Fig. 3 gezeichnete Ausschaltstellung ge
langen, so daß der Schalter 11 geöffnet ist.
Das Vorsteuerventil 32 wird, wie oben angedeutet, elek
tromagnetisch angesteuert und dadurch geöffnet, so daß
also mit anderen Worten der Druck vor dem Steuerkolben 26
abgebaut wird. Durch die Zwischenschaltung des hydrauli
schen Steuerkolbens entsteht eine Verzögerung der Aus
schaltung, d. h. der Betätigung des Umschaltventils 22,
wobei diese Verzögerung durch den Hub t eingestellt wer
den kann. Dadurch wird erreicht, daß der Schalter erst
nach der Abklingzeit des Gleichstromanteils in Ausschalt
stellung verbracht wird, so daß eine sichere Schaltung im
Nulldurchgang erreicht wird. Von einem nicht näher darge
stellten Hilfsschalter des Leistungsschalterantriebes
wird schon während der Bewegung des Kolbens 15 das Vor
steuerventil 32 abgesteuert und schließt. Es erreicht die
Stellung gemäß Fig. 3, wobei dann der vor dem Steuerkol
ben 26 sich aufbauende Druck den Steuerkolben 26 wieder
in die sog. Ausschaltstellung drückt, wobei die Bewegung
des Steuerkolbens 26 durch die Blende 37 bzw. die Drossel
37 eingestellt bzw. beeinflußt wird. Für die Ansteuerung
des Umschaltventils 22 zur Einschaltstellung wird ledig
lich das elektromagnetische System 23 verwendet; ein eine
Verzögerung bewirkender Steuerkolben ist dann nicht er
forderlich.
Claims (6)
1. Hydraulikeinrichtung zur Betätigung einer An
triebskolben-Zylinderanordnung für ein bewegliches Bau
teil, insbesondere für ein bewegliches Kontaktstück eines
Hochspannungsleistungsschalters, mit einem Speicher für
hydraulisches Fluid, und mit einem Umschaltventil, mit
dem wechselweise einer der Räume der Antriebskolben-Zy
linderanordnung mit dem Speicher oder mit einem Nieder
drucktank verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Schieber (22a) des Umschaltventils (22) wenigstens ein
Steuerkolben (26) zugeordnet ist, der angesteuert von ei
nem zugehörigen Vorsteuerventil (32) den Schieber (22a)
des Umschaltventils (22) aus einer ersten in eine zweite
Stellung, insbesondere bei einem Leistungsschalter aus
der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung, antreibt.
2. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Steuerkolben (26) zwei Flächen mit
unterschiedlichem Flächeninhalt aufweist, und daß die
größere Kolbenfläche des Steuerkolbens (26) dem Schieber
des Umschaltventils (22) zugewandt ist, und daß der zwi
schen der größeren Kolbenfläche und dem Schieber befind
liche Raum des Steuerkolbens (26) einerseits mit dem
Speicher (20) und andererseits über das Vorsteuerventil
(32) mit dem Niederdrucktank (34) verbindbar ist.
3. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Räume beiderseits des Steuerkolbens
(26) mit Druckfluid beaufschlagt sind, so daß nach Durch
führung einer Betätigung des Schiebers des Umschaltven
tils (22) der Steuerkolben wieder in seine Ausgangslage,
in der er vom Schieber entfernt ist, zurückführbar ist.
4. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Hub (t) des Steuerkolbens zur Ein
stellung der Verzögerung des Antriebs des Schiebers des
Umschaltventils (22) einstellbar ist.
5. Hydraulikeinrichtung für einen Hochspannungslei
stungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des
Steuerkolbens (26) eine verzögerte Umschaltung des Schie
bers des Umschaltventils zur Erzeugung einer verzögerten
Ausschaltung des Schalters erzielbar ist.
6. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Wiedereinschaltung das Umschaltven
til (22) ein Elektromagnetsystem (23) aufweist.
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