CH674102A5

CH674102A5 -

Info

Publication number: CH674102A5
Application number: CH2030/86A
Authority: CH
Inventors: Tsutomu Sugiyama; Toshiaki Yoshizumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1990-04-30
Also published as: DE3616914C2; US4887511A; DE3616914A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerventileinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine hydraulische Betätigungseinrichtung, welche eine derartige Steuer-s ventileinrichtung aufweist.

Eine typische Ausführung einer hydraulischen Steuerventil-einrichtung, bei der die Steuerung des Fluids mittels eines elektrischen Signals erfolgt, ist in Fig. 1 gezeigt, wobei das elektrische Signal einer Spule C eines elektromagnetischen Solenoids io ES mit einem Stempel P zugeführt wird, und die Spule C, ein Joch Y und eine Rückführungsfeder RS eine Verschiebung zur Betätigung eines Ventils und somit die Schaltung des hydraulischen Fluids bewirken.

In der hydraulischen Steuerventileinrichtung wird ein elek-ls tromagnetisches Solenoid als Antriebseinheit verwendet, wobei das Solenoid ein Spiel oder einen Spalt mit einer Länge L zwischen dem einen Ende des Stempels P und einem Ende des Jochs Y aufweist. Die Länge oder der Spaltabstand L wird normalerweise mittels der Feder RS eingehalten. Beim Erregen der 20 Spule C durch ein elektrisches Signal, wird der Stempel magnetisch angetrieben und übt eine Kraft F auf das Ventil V zur Betätigung des Ventils aus. Da die Kraft F des elektromagnetischen Solenoids ES umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes L abnimmt, muss die anfängliche Triebkraft für das 25 elektromagnetische Solenoid grösser als die Betriebslast fl des Ventils sein. Deshalb entsteht ein hoher Druck infolge einer übermässigen Kraft f2 gemäss Fig. 2 im Zeitpunkt des Betätigungsstopps, was zu einer Abnahme der Lebensdauer des elektromagnetischen Solenoids und einer unvorteilhaften Beeinflus-30 sung der Zuverlässigkeit führt.

Da die Antriebskraft F ferner umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes L ist, was aus der Kurve in Fig. 2 hervorgeht, sofern der erforderliche Hub und die erforderliche Antriebskraft des Ventils gross sind, war es notwendig, entweder 35 das elektromagnetische Solenoid zu vergrössern oder einen Hebelmechanismus oder dgl. vorzusehen, um dadurch die Stempelverschiebung zu erhöhen. Dies ist mit Nachteilen verbunden, weil der Aufbau des Steuerventils komplizierter und die Reaktion herabgesetzt wird.

40 Pufferartige Schalter wurden häufig in Anlagen verwendet, in welchen SFö-Gas mit einer guten elektrischen Isolationswirkung und wirksamer Stromunterbrechung als Löschmedium verwendet wird, wobei das unter einem hohen Druck stehende SFg-Gas, das in einer Pufferkammer unter Druck steht, in einen 45 elektrischen Funken zur Löschung eingeblasen wird.

Die meisten Antriebe für Druckgas-Schalter für 300 bis 500 kV sind vom hydraulischen Typ, der eine Unterbrechung innerhalb von 2 Zyklen, infolge der hohen Antriebskraft bewerkstelligen kann, so dass die Unterbrechungsfähigkeit verbessert wer-50 den kann.

Die hydraulische Betätigungseinrichtung verwendet ein Fluid mit einem höheren Druck als eine Anlage mit Druckluftantrieb, so dass der Antrieb kompakt und preisgünstig herstellbar ist. Wenn aber die Betätigungsgeschwindigkeit des Schalters an-55 steigt, werden aber der hydraulische Betätigungsmechanismus und die dafür verwendete Steuereinrichtung, beispielsweise das erforderliche Schaltventil, gross. Die normalerweise verwendeten elektromagnetischen Schaltventile sind elektromagnetische Rückstoss-Steuerventile, die gross sein müssen, sofern eine grosse Kraft erforderlich ist.

Mit steigender Schaltgeschwindigkeit, verbessertem Schaltvermögen und frei wählbarer Geschwindigkeitssteuerung wird es zunehmend wichtig, den Schlag auf den Antrieb beim Schal-65 ten sehr stark zu reduzieren. So ist es beispielsweise aus der Kurve in Fig. 7 ersichtlich, dass die Bewegungskurve ohne Geschwindigkeitskontrolle, was in einer unterbrochenen Linie gezeigt ist, während des Betriebs des pufferartigen Schalters ver-

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zerrt ist und somit die Schaltfähigkeit des Schalters ungünstig beeinflussen.

Bei herkömmlichen Ausführungen, bei welchen die vorgenannten elektromagnetischen Rückstoss-Steuerventile verwendet werden, ist es nicht möglich den Halt des Antriebs zu steuern, so dass die Geschwindigkeit des Antriebs durch die Festlegung des Durchmessers des Kontraktionsventils auf eine vorbestimmte Abmessung gesteuert werden muss. Deshalb ist es schwierig, das Geschwindigkeitsmuster an die im Betrieb auftretenden unterschiedlichen Bedingungen anzupassen, was eine zu lösende Aufgabe darstellt.

Zur Lösung der mit einem Schalter mit hoher Geschwindigkeit verbundenen Probleme und zur Beantwortung des Verlangens nach verbesserter Schaltleistung, muss eine geeignete Schaltgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Spannung und des Stroms der betreffenden Leitung im Moment der Schalterbetätigung berücksichtigt werden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit des Schalters erhöht und die hohe Belastung des Antriebs des Schalters reduziert werden. Ferner kann der Schaltbereich, für den der Schalter eingesetzt werden kann, durch die Wahl der Schaltgeschwindigkeit mit den Parametern erhöht werden, welche die Schaltfolge sowie die Höhe des zu schaltenden Stroms berücksichtigen. Ferner kann das Geschwindigkeitsmuster während der Unterbrecherphase geändert und somit die Schaltfähigkeit des Schalters verbessert werden. Deshalb ist es wünschenswert, eine Anordnung vorzusehen, in welcher eine direkte Geschwindigkeitskontrolle ermöglicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung einer hydraulischen Steuerventileinrichtung, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.

Ferner soll die Steuerventileinrichtung zuverlässig, einfach und schnell wirksam sein.

Die Steuerventileinrichtung soll ferner in einem Schalter verwendet werden können, in dem ein Linearmotor mit einer grossen Ausgangsleistung, verglichen mit einem elektromagnetischen Rückstoss-Steuerventil oder dgl. vorhanden ist, und welcher eine sehr hohe Anlaufgeschwindigkeit von 2 bis 3 ms hat.

Die Steuerventileinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ist derart ausgelegt, dass das Ventil mittels eines Linearmotors betätigt wird.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe mit einer hydraulischen Steuerventileinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche ferner die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Entsprechend einer Ausführungsart der Erfindung wird eine Steuerventileinrichtung für einen Schalter geschaffen, wobei der Antrieb mit einem Linearantrieb mit einer hohen Ausgangsleistung, verglichen mit einem Steuerventil mit elektromagnetischem Rückstoss oder dgl., versehen ist, wobei die Anlaufgeschwindigkeit sehr kurz ist und 2 bis 3 ms beträgt.

Die hydraulische Betätigungseinrichtung für einen Schalter entsprechend einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung kann mit einer Vorrichtung zur Umwandlung und Ausgabe von Signalen versehen sein, die es ermöglicht, dass das Geschwindigkeitssteuermuster des Linearmotors von der Aussenseite des Betriebsmechanismus zur Steuerung des Antriebs des Linearmotors geändert werden kann, wobei das hydraulische Haupt-Steuerven-til vom Linearmotor und nicht durch ein Verstärkerventil angetrieben wird, so dass das Muster der Geschwindigkeitssteuerung des Schalters von der Aussenseite des Mechanismus frei wählbar und einstellbar ist. Mit dieser Anordnung ist es sehr einfach, das Geschwindigkeitsmuster des Schalters und den Antriebsmechanismus während der Konstruktion zu ändern.

Die hydraulische Betätigungseinrichtung für einen Schalter kann einen Servomotor verwenden, damit das hydraulische Steuerventil ohne die Verwendung eines Verstärkerventils angetrieben und betätigt wird, wobei eine Geschwindigkeitskontrolle des Schalters leicht durchführbar ist.

Die hydraulische Betätigungseinrichtung für einen Schalter kann mit einer Vorrichtung zur Ausgabe und Umwandlung von Signalen versehen sein, die eine Änderung des Musters der Geschwindigkeitssteuerung des Servomotors von der Aussenseite 5 des Antriebs zur Steuerung des Servomotors erleichtert, wobei das hydraulische Hauptsteuerventil vom Servomotor ohne Verwendung eines Verstärkerventils angetrieben wird, damit das Muster der Geschwindigkeitssteuerung des Schalters von der Aussenseite des hydraulischen Antriebs frei wählbar und ein-lo stellbar ist. Mit dieser Anordnung ist es einfach, das Geschwindigkeitsmuster des Schalters und des Antriebs während der Konstruktion zu ändern.

Nachfolgend werden herkömmliche sowie erfindungsgemäs-se Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. 15 Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Steuerventils gemäss einer herkömmlichen Ausführung,

Fig. 2 eine Leistungskurve eines herkömmlichen Solenoids, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Antriebs für 20 einen Schalter im offenen Zustand gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 wie Fig. 3, jedoch in geschlossenem Zustand, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Antriebs für einen Schalter, gemäss der vorlie-25 genden Erfindung,

Fig. 6 sechs Skizzen zur Erläuterung des Betriebs des Hauptsteuerventils nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Darstellung der Bewegungskurve des Schalters, Fig. 8 wie Fig. 5, jedoch gemäss einer dritten Ausführungs-30 form,

Fig. 9 wie Fig. 5, jedoch gemäss einer vierten Ausführungsform,

Fig. 10 wie Fig. 6, jedoch für die Ausführung nach Fig. 9, Fig. 11 wie Fig. 5, jedoch gemäss einer fünften Ausfüh-35 rungsform, und

Fig. 12 weitere Ausführungsformen des Antriebs für einen Schalter gemäss der vorliegenden Erfindung.

Eine Ausführung der hydraulischen Steuerventileinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung wird für eine Betätigungs-40 einrichtung für einen Schalter gemäss Fig. 3 und 4 verwendet. Fig. 3 zeigt den Schalter im offenen Zustand und Fig. 4 in geschlossenem Zustand. In diesen Figuren ist ein Unterbrechër-kontakt 1 mechanisch mit einem Differentialkolben 3 eines hydraulischen Zylinders 2 verbunden und wird durch die Betäti-45 gung dieses Kolbens 3 geschlossen und geöffnet. Der Hydraulikzylinder 2 ist an seiner kleinen Kolbenflächenseite (Stangenseite) mit einem Akkumulator 4 verbunden, der immer an einem hohen Druck gehalten wird. Auf der anderen Seite ist die grosse Kolbenflächenseite (Kopfseite) mit einem Schaltventil 11, so einschliesslich eines Ölablassventils 9 und eines Ölzufuhrventils 10 durch ein Rohr 8 verbunden, so dass eine freie Verbindung zu einem Niederdruckbehälter 7 oder zum Akkumulator 4 durch Rohre 5 oder 6 besteht. Ferner ist ein Pilotteil des Ölaus-lassventils 9 mit einem hydraulischen Steuerventil 14 durch ein 55 Rohr 13 verbunden, und dieses hydraulische Steuerventil 14 ist mit einem Rohr 15 versehen, das mit dem Kollektor 4 und einem Rohr 16 verbunden ist, das zusätzlich zum Rohr 13 mit dem Niederdruckbehälter 7 verbunden ist. Somit kann der Druck im Pilotteil 12 des Auslassventils 9 gemäss der Position 60 einer Spule 17 geändert werden, die das Fluidauslassventil bildet. Dieser Linearmotor 19 umfasst einen Dauermagnet 20, eine Spule 21 und Leistungsklemmen 22 zur Eingabe von elektrischen Signalen für den Schliess- oder Öffnungsvorgang. Nachfolgend wird der Betrieb des hydraulischen Antriebs 65 für einen Schalter der beschriebenen Art näher erläutert.

Wenn es erwünscht ist, den Mechanismus vom Zustand in Fig. 3 in den Zustand in Fig. 4 zu schliessen, wird den Lei-stungsklemmen 22 des Linearmotors 19 zur Bewegung des Dau-

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ermagneten 20 ein Schliesssignal zugeführt, der den bewegbaren Teil links in der Figur darstellt. Deshalb wird die Spule 17 des hydraulischen Steuerventils 14 mittels der Stange 18 nach links zur Schliessung des Rohres 16 bewegt, das mit dem Niederdruckbehälter 7 verbunden ist und zum Öffnen des Rohres 15, das mit dem Akkumulator 4 verbunden ist. Deshalb wird dem Rohr 13 ein Hochdruckfluid zugeführt und ferner wird der Pilotteil 12 des Fluid-Auslassventils 9 unter Druck gesetzt. Infolgedessen schliesst das Fluid-Auslassventil 11 den mit dem Niederdrucktank durch das Rohr 5 verbundenen Kreis und öffnet das Fluid-Zufuhrventil 10 zur Herstellung einer Verbindung des Rohres 6, das mit dem Akkumulator verbunden ist, mit dem Rohr 8, das mit dem Schalterventil 11 und dem Hydraulikzylinder 2 verbunden ist. Deshalb wird das Hochdruckfluid vom Akkumulator 4 der grossen Kolbenflächen-Kopfseite des Differentialkolbens 3 durch das Rohr 6 und das Rohr 8 zum Antrieb des Differentialkolbens nach oben zum Schliessen des Kontaktes 1 geleitet, wodurch der Schliessvorgang, wie in Fig. 3 gezeigt, beendet ist.

Wenn es erwünscht ist, den Antrieb, wie in Fig. 4 gezeigt, von demjenigen Zustand zu trennen, der in Fig. 3 gezeigt ist,

wird ein Unterbrechungssignal dem Linearmotor 19 über Leistungsquellenklemmen 22 zugeführt. Der Dauermagnet 20 wird dann in der Figur nach rechts getrieben zur Bewegung der Spule 17 des hydraulischen Steuerventils 14, was ein Schliessen des Rohres 15 und Öffnen des Rohres 16 bewirkt. Dabei wird das Hochdruckfluid vom Pilotteil 12 des Fluid-Auslassventils 9 zum Niederdruckbehälter 7 durch die Rohre 13 und 16 geleitet. Deshalb öffnet das Fluid-Auslassventil 9 das Rohr 5 und das Fluid-Zufuhrventil 10 schliesst das Rohr 6 zum Auslassen des Hoch-druckfluids von der grossen Kolben-Kopffläche des Differentialkolbens 3 zum Niederdruckbehälter 7 durch das Rohr 8, das Fluid-Auslassventil 9 und das Rohr 5, so dass sich der Differentialkolben 3 nach unten bewegt und bewirkt, dass der Kontakt 1 öffnet, wodurch der Unterbrechungsvorgang, gemäss Fig. 3 beendigt wird.

Wenn das hydraulische Steuerventil, das vom Linearmotor gemäss der vorliegenden Erfindung angetrieben wird, in einem Antrieb für einen Schalter zur Ausführung von Schliess- und Öffnungsbefehlen verwendet wird, ist die Änderung der Antriebskraft des Steuerventils bezüglich der Änderung im Ventilhub kleiner als bei einer herkömmlichen Ausführung, in welcher ein elektromagnetisches Solenoid verwendet wird. Infolgedessen wird der Bedarf an einer übermässigen Kraft im Verhältnis zur Betätigungslast des hydraulischen Steuerventils eliminiert und der Schlag am Ende des Vorganges reduziert. Somit ist es möglich, einen hydraulischen Antrieb zu konstruieren, der im Betrieb zuverlässig und stabil ist, so dass die Gesamt-Zuver-lässigkeit des Betriebsmechanismus für einen Schalter verbessert werden kann.

Da ferner der Hub eines Linearmotors sehr lang sein kann, verglichen mit denjenigen eines elektromagnetischen Solenoids und den piezoelektrischen Elementen, die neuerdings für mögliche Verwendung in Steuerungen untersucht werden, kann der Linearmotor das Steuerventil direkt, ohne Bedarf eines Umformungsmechanismus, wie Hebelgeräte, angetrieben werden, und sogar dann, wenn der Betriebshub der hydraulischen Steuerung lang ist. Deshalb kann das hydraulische Steuerventil einfach und trotzdem sehr wirksam sein, so dass ein solches hydraulisches Steuerventil zur Verwendung in Antrieben für Schalter ge- 60 eignet ist, in welchen ein schneller Betrieb erforderlich ist.

Die Erfindung wurde vorangehend in bezug auf eine Ausführungsform beschrieben, bei der das vom Linearmotor angetriebene hydraulische Steuerventil in einem Antrieb für einen Schalter verwendet wird. Wenn aber ein hydraulisches Steuerventil, das eine hohe Triebkraft benötigt, von einem Linearmotor angetrieben wird, kann der Antrieb des hydraulischen Steuerventils mittels einer mechanischen Verstärkervorrichtung, beispielsweise einer Hebelvorrichtung, erfolgen, die bezüglich der Verkleinerung einige Vorteile bietet.

Wie bereits erwähnt, ist es gemäss der Erfindung möglich, eine zuverlässige und wirksame, hydraulische Steuerventilein-5 richtung durch Verwendung eines Linearmotors als Antrieb für ein hydraulisches Steuerventil zu schaffen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Ausführung gemäss Fig. 5 näher erläutert, in der ein Unterbrecherkontakt 1, ein Hydraulikzylinder 2 zum Schliessen und Öffnen des Kon-lo taktes 1 und ein Haupt-Steuerventil 3 gezeigt sind, das von einem Linearmotor 4 gesteuert wird. Der Linearmotor ist aus einem Dauermagnet 5 und einer Spule 6 hergestellt, wobei der Magnet 5 in der Längsrichtung der Spule 6 bewegbar ist. Das eine Ende des Dauermagneten 5 ist mit einer Spule 7 verbun-i5 den, die zusammen mit dem Ventilgehäuse 8, in dem die Spule 7 untergebracht ist, das Haupt-Steuerventil 3 bildet.

Das Ventilgehäuse 8 hat im Mittelteil der Spule 7, im Bereich mit reduziertem Durchmesser eine Öffnung 12 sowie ein Rohr 9 und eine Öffnung 13, die mit einem hydraulischen 20 Fluidseitenrohr 10 verbunden ist, das mit dem Rohr 9 in der Nähe der Spule und einer Öffnung 14 verbindbar ist. An der Öffnung 14 ist ein Auslassrohr 11 mit dem Rohr 9 mittels der Spule 27 verbindbar. Ferner sind Auslassfluid-Drainageöffnun-gen 15 und 16 vorgesehen. Der hydraulische Zylinder 2 umfasst 25 einen Zylinder 17, einen Kolben 18 und eine Stange 19, mit welchem der Zylinder 17 die Rohre 9 und 20 verbindet, die jeweils das Fluid für den Schliessvorgang des Kontaktes von der Kolbenkopfseite und das Fluid für die Kontaktöffnung von der Stangenseite liefert. Ferner sind Niederdruckbehälter 23a, 23b 30 und 23c zur Lagerung des Rückflussfluids vorgesehen. Ein normalerweise von einer Pumpe unterstützter Akkumulator 21 speichert das Hochdruckfluid. Eine Aufbereitungs- und Umwandlungsvorrichtung 30 dient zur Aufbereitung und Umwandlung eines Steuerstromsignals, das die feststehende Spule 6 des 35 Linearmotors 4 in Abhängigkeit von einem von aussen eingestellten Eingang erregt. Der Dauermagnet 5 des Linearmotors 4 wiederholt die Bewegung und den Halt in vorbestimmten Positionen bei hoher Geschwindigkeit durch Erregung und Entre-gung der Spule 6 mittels des Signalstroms. Eine eingestellte Ein-40 gangseinheit 31, beispielsweise ein als Tastatur ausgebildeter Tisch für Dateneingabe ist zur Voreinstellung und Eingabe des Geschwindigkeitsmusters des Schalters in die Aufbereitungsund Umwandlungsvorrichtung 30 vorgesehen.

Wenn es erwünschenswert ist, den Kontakt 1 des in der Fi-45 gur gezeigten Schalters zu schliessen, wird der dem Schalter zugestellte Schliessbefehl dem Linearmotor als eine Reihe von Antriebssignalen durch die Umwandlungseinheit 30 zugestellt. Der Linearmotor wiederholt eine Anzahl von Bewegungen und Halte gemäss dem voreingestellten Muster, das von der Vorrich-50 tung 31 zur Einstellung und Eingabe des Geschwindigkeitsmusters zugeführt wird und schaltet das Hauptsteuerungsventil 3 in die gezeigte Stellung.

Während das Hochdruckfluid der Stangenseite des Kolbens durch das Rohr 20 beim Schliessen und Öffnen zugeführt wird, 55 bewirkt das obengenannte Schalten des Hauptsteuerventils 3, dass die Rohre 9 und 10 durch die Öffnungen 12 und 13 verbunden werden, und ferner wird die Kopfseite des Kolbens mit einem Hochdruckfluid versehen, so dass der Kolben nach links zum Schliessen des Kontaktes 1 des Schalters bewegt wird.

Wenn ein Unterbrechungsbefehl erteilt wird, wird eine Reihe von Signalströmen dem Linearmotor von der Umwandlungsvorrichtung 30 zugeführt, damit das Hauptsteuerventil 3 in die entgegengesetzte Stellung geschaltet wird.

Dies führt in der Verbindung der Rohre 9 und 11 durch die 65 Öffnungen 12 und 14, so dass der Kontakt 1 des Schalters mittels des Druckunterschiedes zwischen der Stangen- und der Kopfseite geöffnet wird.

Nachfolgend wird die Geschwindigkeitssteuerung anhand

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der Fig. 6 näher erläutert. Die Stellungen (a) - (b) - (c) - (d) und (d) - (e) - (f) - (a) zeigen die Änderung in der Stellung der Spule 7 innerhalb des Hauptsteuerventils 3 während der Verschiebung vom geschlossenen zum offenen Zustand bzw. vom offenen Zustand t zum geschlossenen Zustand.

Diese Stellungen der Spule entsprechen den Bezugsziffern (a) bis (f), die in der Bewegungskurve (Hub - Zeit - Kurve) in Fig. 7 gezeigt ist.

Die links in Fig. 7 angeordnete Kurve wird im geschlossenen Zustand durch (a) bezeichnet und wird durch einen Unterbrechungsbefehl so lange nach rechts getrieben, bis die Spule etwa die Stellung (b) während einer Dauer erreicht, in welcher die Last eines Pufferzylinders gross ist und die Unterbrechungsgeschwindigkeit ihren Höchstwert erreicht. Wenn diese Last abnimmt, sinkt auch die zur Aufrechterhaltung der gleichen Geschwindigkeit der Spule erforderliche Kraft, so dass die Spule 7 weiter nach rechts zur Herabsetzung der Querschnittsfläche der Öffnung 12 und zur Erhöhung des Auslassdruckes auf der Zylinderkopfseite bewegt wird.

In der Endstufe der Öffnung wird die Spule 7 weiter nach rechts bewegt, wie dies durch (c) gezeigt ist, so dass die Öffnung 12 fast vollständig schliesst, wodurch die Dämpfungswirkung durch Ausmesssteuerung erhöht wird, um einen sanften Halt mit relativ geringem Schlag zu erreichen.

Wenn die Spule im offenen Zustand nach erfolgter Unterbrechung angehalten wird, kehrt die Spule 7 nach links zurück, wie dies durch (d) gezeigt ist, damit die Verbindung zwischen den Öffnungen 12 und 14 aufrechterhalten wird.

Beim Schliessen wird die Spule 7 nach links bewegt, wie dies durch (e) gezeigt ist, wobei die Öffnung 13 mit derjenigen 12 verbunden wird. Dies bewirkt, dass der Hydraulikzylinder 2 ein Differentialkreis wird. Eine Geschwindigkeitskontrolle wird aber dadurch erreicht, dass die Spule, wie bei der Unterbrechung nach links bewegt wird. Als letzte Stufe des Schliess Vorganges wird ferner die Spule 7 fast vollständig zur Öffnung 12 nach links bewegt, wodurch die Dämpfungswirkung bei der Einmesskonstrolle zur Erhaltung eines weichen Haltes mit wenig Schlagwirkung erhöht wird.

Bei dieser Ausführung wird der Bedarf an einem Stoss-dämpfer oder einem Verstärkungsventil, wie sie bei einem elektromagnetischen Rückstoss-Steuerventil zur Anwendung kommen, vollständig vermieden, so dass ein vereinfachter und kompakterer Antrieb entsteht.

Fig. 8 zeigt einen Teil einer weiteren Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung, bei der ein rotierendes Hauptsteuerventil verwendet wird. In der Figur umfasst das rotierende Hauptventil 24 ein rotierendes Ventil 25 mit einer Bohrung 29 und einem Ventilgehäuse 26 zur drehbaren Aufnahme des rotierenden Ventils 25.

Das eine Ende eines Hebels 27 ist am rotierenden Ventil 25 befestigt und das andere Ende ist drehbar mit dem Dauermagneten 5 des Linearmotors durch einen Stift 39 verbunden.

Das Ventilgehäuse 26 ist mit Öffnungen 12a, 13a und 14a versehen, deren Funktionen denjenigen der Öffnungen 12, 13 und 14 entsprechen, die im Ventilgehäuse 8 des vorangehend beschriebenen linearen Hauptsteuerventils vorhanden sind.

Aus den Zeichnungen geht hervor, dass der Linearmotor 4 eine Linearbewegung in Abhängigkeit vom Betriebsbefehl ausübt, wobei das Hauptsteuerventil rotiert und die Geschwindigkeit der Bewegung durch Reduktion des Querschnittsbereiches des Fluidkanals zwischen der Bohrung 29 und den Öffnungen 13a oder 14a steuert.

Obschon sich die obengenannte Beschreibung auf eine Ausführungsform eines Schalters der Pufferart bezieht, kann sich die vorliegende Erfindung auch auf elektrische Ausführungen mit einem Pufferzylinder, wie beispielsweise auf Trenner und Erdungstrenner beziehen, die für die Schaltung eines Stroms ausgelegt sind.

Aus der obigen Ausführung geht hervor, dass der hydraulische Antrieb für einen Schalter mit einer Aufbereitungs- und Umwandlungsvorrichtung für Signale versehen ist, die eine einfache Änderung des Geschwindigkeitssteuermusters des Linear-5 motors von der Aussenseite des Antriebs ermöglicht, um damit den Betrieb des Linearmotors zu steuern, wobei das hydraulische Steuerventil vom Linearmotor, ohne die Verwendung eines Verstärkerventils angetrieben wird. Somit ist das Muster der Geschwindigkeitskontrolle des Schalters von der Aussenseite io des hydraulischen Antriebs frei wählbar. Dadurch wird eine Änderung des Geschwindigkeitsmusters des Schalters und des Antriebs in der Entwicklungsphase sehr einfach, so dass es sehr einfach ist, eine hohe Konstruktionsgeschwindigkeit einzuhalten und das am besten geeignete Betriebsmuster festzulegen. 15 In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach Fig. 9 sind ein Unterbrecherkontakt 1, ein Hydraulikzylinder 2 zum Schliessen und Öffnen des Kontaktes und ein von einem Servomotor 4 gesteuertes rotierendes Hauptsteuerventil 3 gezeigt. Die Abtriebswelle 5 des Servomotors 4 ist mit 20 einem Ventil 7 der rotierenden Art verbunden, das zusammen mit einem Ventilgehäuse 8 zur Aufnahme des Ventils 7 das Hauptsteuerventil 3 bildet.

Das Ventilgehäuse 8 hat eine Öffnung 12, die mit einer Bohrung 6 verbunden werden kann, die sich durch ein rotierendes 25 Ventil 7 erstreckt und mit einem Hydraulikfluidseitenrohr 10 verbunden ist, das mittels der Verbindungsbohrung 6 mit dem Rohr 9 und einer Öffnung 14 verbindbar ist, an der ein Ablass-fluidseitenrohr 11 mit dem Rohr 9 durch die Bohrung 6 an-schliessbar ist. Ferner sind Ablassdrainageöffnungen 15 und 16 30 vorgesehen. Der Hydraulikzylinder 2 umfasst einen Zylinder 17, einen Kolben 18 und eine Stange 19, wobei der Hydraulikzylinder 17 mit den Rohren 9 und 20 verbunden ist, die jeweils das Fluid für den Schliessvorgang des Kontaktes von der Kolbenkopfseite und das Fluid für die Öffnung des Kontaktes von 35 der Stangenseite liefert. Ferner ist ein Niederdruckbehälter 23 zur Speicherung des zurückfliessenden Fluids vorgesehen. Ein Akkumulator 21 speichert zusammen mit einer nicht dargestellten Pumpe das Hochdruckfluid. Eine Vorrichtung dient zur Umwandlung eines Steuerstromsignals, das eine nicht darge-4o stellte Spule des Servomotors 4 in Abhängigkeit vom Befehl für den Schalter erregt. Die Abtriebswelle 5 des Servomotors 4 wiederholt die Bewegung und den Halt in vorbestimmten Drehwinkelstellungen bei hoher Geschwindigkeit wegen der Erregung und der Entregung der Spule durch den Signalstrom. 45 Wenn es erwünscht ist, den in der Figur gezeigten Kontakt 1 des Schalters zu schliessen, wird der dem Schalter zugeführte Schliessbefehl zum Servomotor 4 als eine Reihe von Antriebsbetriebsströmen durch die Umwandlungsvorrichtung 22 übertragen. Der Servomotor wiederholt die Anzahl der Bewegungen so und der Halte gemäss dem voreingestellten Muster und schaltet das Hauptsteuerventil 3 in die gezeigte Stellung.

Während das Hochdruckfluid der Stangenseite des Kolbens durch das Rohr 20 beim Schliess- und Öffnungsvorgang zugeführt wird, bewirkt der obengenannte Schaltvorgang des 55 Hauptsteuerventils 3, dass die Rohre 9 und 10 durch die Öffnungen 12 und 13 verbunden werden, wobei ferner die Kopfseite des Kolbens mit einem Hochdruckfluid versehen wird, so dass der Kolben nach links zum Schliessen des Kontaktes 1 des Schalters bewegt wird.

6o Bei einem Öffnungsbefehl wird eine Reihe von Antriebssignalströmen von der Umwandlungsvorrichtung 30 zum Servomotor übertragen, damit das Hauptsteuerventil 3 in die gegenüberliegende Stellung gebracht wird.

Dies führt zur Verbindung der Rohre 9 und 11 durch die 65 Öffnungen 12 und 14, so dass Druckfluid an der Zylinderkopfseite ausgelassen und somit der Kontakt 1 des Schalters durch den Differentialdruck zwischen der Stangen- und der Kopfseite geöffnet wird.

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Nachfolgend wird die Geschwindigkeitskontrolle in Verbindung mit Fig. 10 näher beschrieben. Die Stellungen (a) - (b) -(c) - (d) und (d) - (e) - (f) - (a) zeigen die Änderungen in den Winkelstellungen des Ventils 7 innerhalb des Hauptsteuerventils 3 vom geschlossenen zum offenen bzw. vom offenen zum geschlossenen Zustand.

Die Stellungen auf dem Ventil entsprechen den Bezugsziffern (a) - (f) in der Bewegungskurve oder Hub - Zeit - Kurve, die in Fig. 7 ausgezogen ist.

Die Spule 7, die in der Figur im geschlossenen Zustand (a) immer auf der linken Seite steht, wird in der Figur durch einen Öffnungsbefehl so lange nach rechts bewegt, bis die Spule etwa die Stellung (b) während derjenigen Periode erreicht, in der die Last des Pufferzylinders des Schalters gross ist und die Öffnungsgeschwindigkeit möglichst hoch gehalten werden muss. Wenn die Last des Pufferzylinders abnimmt, sinkt die zur Aufrechterhaltung der gleichen Geschwindigkeit der Spule ebenfalls, und die Spule 7 wird weiter nach rechts bewegt, um den Querschnittsbereich der Öffnung zu reduzieren, so dass der Auslassdruck auf die Zylinderkopfseite erhöht wird.

In der Endstufe der Öffnung wird das Ventil 7 weiter nach rechts bewegt, wie dies an der Stelle (c) gezeigt ist, um die Öffnung 12 fast vollständig zu schliessen, damit die Dämpfungswirkung der Ausmesssteuerung zur Herbeiführung eines weichen Haltes mit mur geringer Schlagwirkung erhöht wird.

Wenn die Spule im offenen Zustand nach dem Öffnungsvorgang angehalten wird, dreht das Ventil 7 gemäss Figur im Gegenuhrzeigersinn, um, wie an der Stelle (d) gezeigt, zurückzukehren und die Verbindung zwischen 12 und 14 vollständig bestehen bleibt.

Beim Schliessen wird das Ventil 7 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wie dies an der Stelle (e) gezeigt ist, um die Öffnung 13 mit derjenigen 12 zu verbinden. Infolgedessen bildet der Zylinder 2 einen Differentialkreis. Bei der Geschwindigkeitssteuerung wird das Ventil 7 gegen den Uhrzeigersinn, wie beim Öffnen gedreht.

In der Endstufe des Schliessvorganges wird ferner das Ventil 7 gegen den Uhrzeigersinn rotiert, um dadurch die Öffnung 12 fast vollständig zu schliessen, wodurch die Dämpfungswirkung durch die Einmesssteuerung erhöht wird, um einen weichen Halt mit nur geringer Schlagwirkung zu erzielen.

Bei dieser Anordnung wird der Bedarf an einem Verstärkerventil oder einem Stossdämpfer vermieden, die dann benötigt werden, wenn ein rückwirkendes Steuerventil benutzt wird, so dass der Aufbau und der Betriebsmechanismus kompakter werden.

In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei welcher ein linear bewegbares Hauptsteuerventil verwendet wird. In der Figur umfasst das lineare Hauptventil ein Spulenventil 25 mit einem mittleren Teil mit reduziertem Durchmesser und einem Ventilgehäuse 26 für eine gleitbare Aufnahme des Spulenventils.

Das eine Ende des Hebels 27 ist an der Abtriebswelle 5 des Servomotors und das andere über einen Stift drehbar mit dem Spulenventil 25 verbunden.

Das Ventilgehäuse 26 ist mit Öffnungen 12a, 13a und 14a versehen, welche denjenigen 12, 13 und 14 im Ventilgehäuse nach Fig. 8 des vorangehenden beschriebenen, rotierenden Hauptsteuerventils entsprechen.

Aus der Zeichnung geht hervor, dass der Servomotor 4 in Abhängigkeit vom Betriebsbefehl rotiert, wobei das lineare Hauptsteuerventil gleitet und die Geschwindigkeit der Bewegung durch Abnahme des Querschnittsbereiches des Fluid-durchlasses zwischen der Spulenerhebung und der Öffnung 13a oder 14a reduziert.

Gemäss dieser Ausführung ist das Hauptsteuerventil des hydraulischen Antriebs für einen Antrieb durch einen Servomotor ohne die Verwendung eines Verstärkerventils ausgelegt, und der Servomotor ist für eine Steuerung durch die Vorrichtung für die Umwandlung und einer Erzeugung eines Antriebssignal-5 stroms für den Servomotor gemäss einem Betriebsbefehl ausgelegt, weshalb die Antriebsgeschwindigkeit beim Schalter oder dgl. gemäss einem vorgewählten Muster frei wählbar ist, was zu verbesserten Öffnungsleistungen führt.

In Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in io welcher eine Vorrichtung 31 zur Wahl eines Geschwindigkeitsmusters enthalten ist, welche derjenigen 31 nach den Fig. 5 und 8 ähnelt, jedoch zusätzlich mit der Signalumwandlungs-Vor-richtung 30 des hydraulisch betriebenen Mechanismus verbunden ist, der in Verbindung mit den Fig. 9 und 10 bereits be-15 schrieben wurde.

Die Ausführung gemäss Fig. 13 ist eine Kombination aus einer Vorrichtung 31 zur Wahl eines Geschwindigkeitsmusters und einer hydraulischen Betriebsvorrichtung gemäss Fig. 11.

In Fig. 14 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegen-20 den Erfindung dargestellt, bei welcher die Zustände der zu schützenden Kraftleitung, beispielsweise die Spannungs- und Strombedingungen, ermittelt und zur Festlegung einer optimalen Geschwindigkeit des Schalters verwendet werden. Zu diesem Zweck sind ein Strom- 33 und ein Spannungswandler 34 an der 25 Leitung zur Messung von Strom und Spannung an der zu schützenden Leitung angeordnet. Diese beiden Wandler 33 und 34 sind mit einer Vorrichtung 32 zur Festlegung des Geschwindigkeitssteuermusters verbunden, wobei die ermittelten Leitungsdaten dieser Vorrichtung 32 zugeführt werden, die mit der Um-30 Wandlungsvorrichtung 30 verbunden ist. Die Vorrichtung 32 liefert eine Geschwindigkeitsmusterinformation an die Umwandlungsvorrichtung 30, welche ein Steuerstromsignal umwandelt und erzeugt, das eine nicht gezeigte Spule des Servomotors 4 in Abhängigkeit vom Betriebsbefehl für den Schalter erregt. Die 35 Abtriebswelle 5 des Servomotors 4 wiederholt die Bewegung und den Halt in vorbestimmten rotierenden Winkelpositionen bei hohen Geschwindigkeiten durch Erregung und Entregung der Spule durch den Signalstrom.

Gemäss dieser Ausführungsform wird ein Servomotor als 40 Antriebsvorrichtung für das Hauptsteuerventil des hydraulischen Antriebs verwendet, und die Leitungsbedingungen, wie Stromstärke und Spannung, im Zeitpunkt der Öffnung werden dauernd überwacht auf einer on-line-Basis und werden mit einer Aufbereitungs- und Umwandlungs-Vorrichtung versehen, 45 welche den Antriebssignalstrom für den Servomotor zur Aufrechterhaltung einer optimalen Geschwindigkeitssteuerung gemäss den ermittelten Leitungsdaten für den Antrieb des Servomotors festlegt. Infolgedessen wird das hydraulische Ventil mit einer optimalen Geschwindigkeit ohne ein Verstärkerventil anso getrieben. In der Weise wird eine übermässige Beanspruchung des Antriebs für den Schalter vermieden und somit die Zuverlässigkeit des Schalters erhöht.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform, in welcher die gleiche Geschwindigkeitskontrolle, wie diejenige nach Fig. 14 in 55 den Ventilmechanismus nach Fig. 11 eingebaut ist.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung, in welcher ein Linearmotor anstelle des Servomotors 4 der Ausführung nach Fig. 14 verwendet wird.

Bei der Ausführung nach Fig. 17 wird ein Linearmotor 4 60 anstelle des Servomotors 4 der Ausführung nach Fig. 15 verwendet. In sonstiger Hinsicht sind die Ausführungen nach Fig. 14 bzw. 15 die gleichen.

Fig. 18 und 19 zeigen weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in welchen jeweils ein Linearmotor anstel-65 le des Servomotors 4 der Ausführungsformen nach Fig. 9 und 11 verwendet werden.

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15 Blätter Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Hydraulische Steuerventileinrichtung (2,11,14), bei der ein Fluidkanal (6, 8, 13, 15) durch Betätigung eines Ventils (14) mittels eines Befehlssignals geöffnet und geschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (14) von einem Motor (20, 21) mittels eines Befehlssignals steuerbar ist.
2. Hydraulische Betätigungseinrichtung für einen Schalter, mit einem Hydraulikzylinder (2, 3) für den Antrieb eines Kontaktes (1), und einer hydraulischen Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1 zur Zufuhr und Steuerung eines Fluids zum Hydraulikzylinder (2, 3) für den Schliess- und Öffnungsvorgang, dadurch gekenn2eichnet, dass sie eine Vorrichtung (30) zur Umwandlung von Eingangsinformationen von aussen betreffend eines Geschwindigkeitssteuermusters in ein elektrisches Signal zum Antrieb eines Linearmotors (20, 21) gemäss Schliess- und Öffnungsbefehlsignalen aufweist, dass das Antriebssignal von der Umwandlungsvorrichtung dem Linearmotor zuführbar ist, damit eine Verschiebung des Linearmotors eine Betätigung der Einrichtung bewirkt, so dass die Fluidkanäle (6, 8, 13, 15) für den Antrieb des Hydraulikzylinders (2, 3) in verschiedenen Richtungen geschaltet sind, und dass die Stellung beim Schalten der vom Linearmotor angetriebenen Einrichtung in der unterbrochenen oder geschlossenen Lage von der Endstellung abweicht, damit eine Drosselwirkung im Ventil (14) zur Steuerung der Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders (2, 3) erzielt wird.
3. Hydraulische Betätigungseinrichtung für einen Schalter, mit einem Hydraulikzylinder (2, 3) für den Antrieb eines Kontaktes (1) und einer hydraulischen Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1 zur Zufuhr und Steuerung eines Fluids zum Hydraulikzylinder (2, 3) für einen Schliess- und einen Öffnungsgang, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung (32) zur Umwandlung von Befehlen zum Schliessen und Öffnen in elektrische Signale für den Antrieb des Motors (20, 21) aufweist, dass diese Signale dem Motor zuführbar sind, damit die Bewegung des Motors eine Betätigung der Einrichtung zum Schalten des Fluidkanals (6, 8, 13, 15) für einen selektiven Antrieb des Hydraulikzylinders (2, 3) in verschiedenen Richtungen bewirkt, und dass die Stellung beim Schalten des vom Motor (20, 21) angetriebenen hydraulischen Steuerventils (14) von der Endlage im unterbrochenen oder geschlossenen Zustand abweicht, damit eine Drosselwirkung im Ventil (14) entsteht, was eine Steuerung der Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders (2, 3) bewirkt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20, 21) einen Servomotor einschliesst.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20, 21) einen Linearmotor einschliesst.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung (30) Eingangsinformationen von aussen betreffend ein Geschwindigkeitssteuermuster des Ausschaltstromkreises in ein elektrisches Signal für den Antrieb des Motors (20, 21) entsprechend der Schliess- und Öffnungsbefehle umwandelt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20, 21) einen Servomotor einschliesst.
8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung (30) eine Vorrichtung (31) zur Erzeugung von Informationen betreffend ein Geschwindig-keitssteuermuster für den Schalter auf der Basis von Angaben über Spannung und Strom der vom Schalter zu schützenden Kraftleitung aufweist, und dass sie eine zweite Vorrichtung (30) zur Umwandlung des Geschwindigkeitssteuermusters in ein elektrisches Signal für den Antrieb eines Motors (20, 21) entsprechend den Schliess- und Öffnungsbefehlen enthält.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20, 21) einen Servomotor einschliesst.