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Die
Erfindung betrifft einen hydromechanischen Antrieb für elektrische
Leistungsschalter mit einer hydraulischen Arbeitszylinder-Kolben-Anordnung
zur Beaufschlagung des elektrischen Leistungsschalters, mit wenigstens
einem Mehrwege-Schaltventil,
mit einer integrierten Dämpfungseinrichtung,
mit einem Speicher für
hydraulisches Druckfluid und mit einem Energiespeicher, der vorzugsweise
von wenigstens einer Tellerfedernanordnung gebildet ist, die mit
ein oder mehreren Speichermodulen zusammenarbeitet.
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Herkömmliche
hydromechanische Federspeicherantriebe arbeiten üblicherweise mit einem 2/3-Wege-Sitzventil
zusammen und sind modulartig aus den Komponenten Auflademodul, Arbeitsmodul, Speichermodul, Überwachungsmodul
und Steuermodul gebildet. Durch die Modulbauweise ist das Anwendungsgebiet
der Antriebe wesentlich erweitert. Das Arbeitsmodul weist eine integrierte
Dämpfung für die Einschalt- und Ausschaltrichtung
auf und wird im Wesentlichen von einem Federspeicher, der auf ein
oder mehrere Speichermodule wirkt, beaufschlagt.
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Soll
im Zuge einer Anpassung der bekannte hydromechanische Federspeicherantrieb
hinsichtlich der erforderlichen Antriebsenergie oder der Nennschaltfolge
ange passt werden, so führt
dies bei den bestehenden Ausführungen
zu einer Erweiterung des Komponentenbedarfs.
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Die
bekanntermaßen
integrierte Dämpfung muss
jeweils an die betreffende Anwendung angepasst werden. Hierzu ist
es bislang stets erforderlich, die jeweils für die Dämpfung verantwortlichen Komponenten
durch Probieren zu bestimmen, um die zutreffende Dämpfungscharakteristik
einzustellen, was den Fertigungsaufwand hinsichtlich Zeit und auch Material
erhöht,
da bei den bestehenden Antrieben die Einstellung der Dämpfung von
außen
nicht möglich
ist.
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Darüber hinaus
bedeutet dies auch einen nicht ohne weiteres vorhersehbaren Bedarf
an einer Vielzahl von zusätzlichen
Teilen, gegebenenfalls auch von Neuteilen, mittels derer erst eine
entsprechende Anpassung möglich
ist. Insbesondere werden bei den genannten Funktionserweiterungen
unter Umständen
zusätzliche
2/3-Wege-Sitzventile benötigt,
deren Beschaffung auf Schwierigkeiten stößt und hierdurch den Zeitbedarf
für die
Fertigung vergrößert abgesehen
von den höheren
Fertigungskosten.
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Von
Nachteil ist hierbei ferner, dass die Messung der jeweils eingestellten
Dämpfung
und damit eine sichere Kontrolle der Einhaltung der vorgegebenen
Anforderungen von außen
nicht möglich
ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen
hydromechanischen Antrieb der eingangs genannten Art derart zu modifizieren,
dass bei geringst möglichem
Aufwand eine möglichst
hohe Vielfalt an Einsatz- beziehungsweise Anwendungsvarianten ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Demgemäß ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der hydromechanische Antrieb mit wenigstens zwei Mehrwege-Schaltventilen
versehen ist, die als 2/2-Wege-Ventil ausgebildet sind, und dass
die hydraulische Ansteuerung des Antriebs hieran angepasst ist.
Hierdurch ist der ansonsten bisher erforderliche Aufwand zur Ansteuerung
des Leistungsschalters deutlich verringert, da hierzu standardisierte Komponenten zum
Einsatz kommen können
und nicht speziell angepasste, auf den jeweiligen Auftrag bezogene
Sonderanfertigungen erforderlich sind.
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So
sieht eine bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen hydromechanischen
Antriebes vor, dass die 2/2-Wege-Ventile jeweils mit ihnen separat
zugeordneten Speichermodulen als Energiespeicher zusammenarbeiten,
wodurch die Möglichkeit
einer höheren
Schaltleistung gegeben ist.
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Eine
vorteilhafte Alternative des erfindungsgemäßen hydromechanischen Antriebes
ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Antriebsenergie wenigstens
ein weiteres Speichermodul parallel angeschlossen ist, was bei herkömmlichen
Schaltanlagen nicht möglich
ist, sondern von vorneherein geplant sein muss.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform des
erfindungsgemäßen hydromechanischen
Antriebes ist wenigstens ein weiteres Speichermodul zur Erweiterung
der Nennschaltfolge parallel angeschlossen. Auch diese zusätzliche
Funktionserhöhung
erfordert bei herkömmlichen
Schaltantrieben eine entsprechende Vorausplanung, da anderenfalls eine
nachträgliche
Anpassung der Nennschaltfolge nicht oder nur hohem Aufwand realisierbar
ist.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der erfindungsgemäße Antrieb dadurch
gekennzeichnet, dass die Betätigung
der Ventile jeweils mittels Steuernocken einer Nockenwelle vorgesehen
ist. Hierbei kann die Nockenwelle vorzugsweise elektrisch betätigt sein,
zum Beispiel mittels Schrittmotor, beziehungsweise an Stelle eines elektrischen
Antriebes kann die Nockenwelle mechanisch betätigt sein, zum Beispiel über ein
Getriebe.
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Ferner
kann der Antrieb zur Betätigung
der Nockenwelle hydraulisch oder hydromechanisch ausgebildet sein.
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Eine
weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen hydromechanischen Antriebes
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuernocken rotatorisch betätigt sind.
Alternativ kann stattdessen aber auch vorgesehen sei, dass die Steuernocken
translatorisch betätigt
sind.
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Gemäß einem
weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen hydromechanischen Antriebes
sind Standardhydraulikelemente vorgesehen, die von den Steuernocken
beaufschlagt sind und hierdurch das Ein- oder Ausschalten des hydraulischen
Antriebs bewirken.
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Hierbei
erweist es sich als vorteilhaft, dass die Außenkontur der Steuernocken
vorgegeben ist, das heißt,
entsprechend der Außenkontur
der Steuernocken erfolgt die Betätigung
der das Ein- oder Ausschalten des hydraulischen Antriebs herbeiführenden
hinsichtlich des zeitlichen Verlaufes.
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Hieraus
leitet sich ferner ab, dass die Außenkontur der Steuernocken
maßgeblich
für deren
Steuerungsverhalten und damit für
die jeweilige Schaltcharakteristik des erfindungsgemäßen hydromechanischen
Antriebes ist.
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Dementsprechend
sind die Steuerungsnocken mit einer definierten Kontur versehen,
welche gezielt das Schaltverhalten der 2/2-Wege-Sitzventile steuert.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen hydromechanischen Antriebes
ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung eines Schaltvorganges
die jeweilige Nockenstellung beibehalten ist. Hierdurch ist gewährleistet,
dass ein darauf folgender Schaltvorgang unverzüglich möglich ist, ohne dass zuvor
eine Schaltposition zunächst
angefahren werden muss.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist vorteilhafter weise jedes als Energiespeicher dienende Speichermodul
von wenigstens einem Federpaket gebildet, welches vorzugsweise aus
Tellerfedern besteht, das in bevorzugter Weise als Tellerfedersäule ausgebildet
ist.
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Diese
und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Anhand
eines in der beigefügten
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und
Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung
näher erläutert und
beschrieben werden.
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Es
zeigt:
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die
einzige Figur ein Schaltschema für
einen hydromechanischen Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter.
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In
der einzigen Figur ist ein Schaltschema für einen hydromechanischen Antrieb 10 für einen
elektrischen Leistungsschalter 12 wiedergegeben, welches
die Wirkungsweise beziehungsweise die zu dem hydromechanischen Antrieb 10 gehörigen Komponenten
in ihrer jeweiligen funktionellen Zuordnung zeigt. Hierbei sind
die ansonsten in kompakter Anordnung einander zugeordneten einzelnen
Komponenten und Aggregate zur Verdeutlichung ihres funktionellen
Zusammenwirkens auseinander gezogen dargestellt.
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Die
Komponenten, auf deren Funktion nachfolgend im Detail eingegangen
wird, sind in der gezeigten Figur entsprechend ihrer Funktion räumlich unterschiedlich
positioniert, um den besonderen vereinfachten Schaltungsaufbau und
dessen Wirkungsweise zu verdeutlichen. Demgemäß findet sich das Kernstück des hydromechanischen
Antriebes 10 und der von diesem beaufschlagte elektrische
Leistungsschalter 12 in der Mitte der Abbildung.
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Oberhalb
davon ist der Schaltkreis mitsamt den zugehörigen Komponenten gezeigt,
die für
die Ausschaltung, das heißt Öffnung des
elektrischen Leistungsschalters vorgesehen sind.
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Unterhalb
des hydromechanischen Antriebes 10 und des von diesem beaufschlagten
elektrischen Leistungsschalters 12 ist die Schaltungsanordnung
mitsamt den zugehörigen
Komponenten gezeigt, die für
die Einschaltung, das heißt
Schließung des
elektrischen Leistungsschalters vorgesehen sind.
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Der
zu betätigende
Leistungsschalter 10 ist vereinfacht als elektrisches Schaltsymbol
dargestellt. Sein bewegliches Kontaktglied 14 wird von
einer mit einem in einem Hydraulikzylinder 20 geführten Hydraulikkolben 18,
der als Differentialkolben ausgebildet ist, verbundenen Kolbenstange 16 sowohl
zum Öffnen
des Schaltkontaktes 14 des Leistungsschalters 10 als
auch zu dessen Schließung
beaufschlagt.
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Dieser
das Kernstück
des hydromechanischen Antriebes 10 bildende Hydraulikzylinder 20 weist
insgesamt vier Anschlüsse 20.1, 20.2, 20.3 und 20.4 zum
Anschluss von Fluidleitungen für
die Einspeisung beziehungsweise für die Abfuhr von Fluid auf.
Der in ihm geführte
Kolben 18 ist als Differentialkolben ausgeführt. Demgemäß besitzt
der Hydraulikzylinder 20 einen Zylinderraum 21.1 und
einen Zylinderraum 21.2.
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Der
Zylinderraum 21.1 nimmt das Fluid auf zur Ausschaltbetätigung des
elektrischen Leistungsschalters 12; der Zylinderraum 21.2 wird
mit Fluid gefüllt,
wenn der elektrische Leistungsschalter 12 eingeschaltet
werden soll.
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und
ist jeweils fluidmäßig verbunden über eine
erste Druckleitung 22 sowie über eine erste Auslaßleitung 24 mit
einem ersten ebenfalls nur als Symbol dargestellten 2/2-Wege-Ventil 26,
welches über eine
Schaltstange 27.1 von einem ersten Steuernocken 28 einer
Nockenwelle 30 betätigt
wird.
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Mit
dem Hydraulikzylinder 20 ist ferner über eine zweite Auslaßleitung 32 und
eine zweite Druckleitung 34 ein zweites ebenfalls als Symbol
dargestelltes 2/2-Wege-Ventil 36 verbunden,
welches ebenfalls über
eine Schaltstange 37.1 von einem zweiten Steuernocken 38 der
Nockenwelle 30 betätigt
wird.
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Wie
dem in der einzigen Figur gezeigten Schaltschema des hydromechanischen
Antriebes 10 zu entnehmen ist, sind die Nocken 28, 38 um
90° zueinander
versetzt, so dass die Betätigung
der beiden 2/2-Wegeventile 26, 36 zwar synchron,
das heißt zeitgleich,
jedoch gegenläufig
erfolgt. Hieraus resultieren die für den Öffnungsvorgang „AUS” bezüglich der
Schaltstellung des Schaltkontaktes 14 des elektrischen
Leistungsschalters 12, der so die Offenstellung einnimmt,
beziehungsweise für
den Schließvorgang „EIN” bezüglich der
Schaltstellung des Schaltkontaktes 14 des elektrischen
Leistungsschalters 12, der so die Einschaltstellung einnimmt,
erforderlichen Ventilstellungen der beiden 2/2-Wegeventile 26, 36, welche
das Steuerfluid entsprechend einspeisen beziehungsweise abführen.
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Die
beiden an sich jeweils in einem einzigen Gehäuse untergebrachten 2/2-Wegeventile 26, 36 sind
wegen ihrer unterschiedlichen Schaltfunktion und dem hierfür erforderlichen
Fluidanschluß als voneinander
separierte Baugruppen dargestellt, die jeweils über eine Steuerstange 27.2, 37.2 zwecks synchroner
Betätigung
miteinander verbunden sind.
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Wie
bereits angegeben, erfolgt die Betätigung der beiden 2/2-Wegeventile 26, 36 durch
die Nocken 28, 38. Diese Nocken 28, 38 bewirken
die Öffnung
beziehungsweise Schließung
von Fluidwegen innerhalb der beiden 2/2-Wegeventile 26, 36.
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Die
nachfolgenden Erläuterungen
beziehen sich auf die Erreichung der in der einzigen Figur wiedergegebenen
Offenstellung des Schaltkontakts 14 des Leistungsschalters 12.
Hierzu wird der Steuerantrieb der Nockenwelle so angesteuert, dass
der erste Nocken 28 die gezeigte Position einnimmt, in
welcher er mit seiner Flachseite die Schaltstange 27.1 beaufschlagt.
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Hierdurch
wird im 2/2-Wegeventil 26 der Fluidkanal im Ventil 26.1 geöffnet, so
dass Druckfluid aus einem Energiespeicher 40 über eine
Druckleitung 42 zum Ventil 26.1 und von dort ungehindert über die
Druckleitung 22 dem Anschluss 20.1 des Hydraulikzylinders 20 zuströmt und dabei
den Kolben 18 in die gezeigte Endposition am Zylinderboden
des Hydraulikzylinders 20 einnimmt.
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Gleichzeitig
wird der Fluidweg im Ventil 26.2 des 2/2-Wegeventils 26 geöffnet, so
dass das zuvor im Zylinderraum 21.2 befindliche Fluid von
dem sich zum Zylinderboden hin bewegenden Kolben 18 über die
Leitung 24 durch das Ventil 26.2 über eine
Leitung 44 zu einem Niederdrucktank für das Fluid entweichen kann.
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In
die Auslaßleitung 24 ist
eine steuerbare Drossel 48 eingebaut, welche eine kontrollierte
Abführung
des Fluids aus dem Zylinder 20 zum Niederdruckbehälter 46 sicherstellen
soll.
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Gegenüber des
Anschlusses 20.1 für
die Druckleitung 22 ist am Anschluss 20.3 die
Auslaßleitung 32 angeschlossen,
durch welche das im Zylinder 20 befindliche Fluid beim
Einschaltvorgang, das heißt,
wenn der Zylinderraum 21.2 mit Fluid gefüllt wird,
abströmen
kann. In die Auslaßleitung 32 ist ebenfalls
eine steuerbare Drossel 49 eingebaut, welche für eine kontrollierte
Fluidströmung
sorgt, so dass der Schließvorgang
des elektrischen Leistungsschalters 12 mit der erforderlichen
Präzision
erfolgt.
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Die
mit der steuerbaren Drossel 49 versehene Auslaßleitung
ist zum Ventilblock 36.2 des 2/2-Wegeventils 36 geführt, welches über eine
Leitung 50 mit einem Niederdrucktank 52 verbunden
ist.
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Der
Niederdrucktank 49 seinerseits ist über weitere Leitung 54,
in welcher ein ND-Filter 56 angeordnet
ist, mit einer von einem Motor 57 betriebenen Pumpe 58 verbunden.
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Gegenüber dem
Anschluss 20.2 für
die Druckleitung 24 ist am Anschluss 20.4 die
Auslaßleitung 34 angeschlossen,
welche mit dem Ventilblock 36.1 des 2/2-Wegeventils 36 verbunden ist.
Das Ventil im Ventilblock 36.1 ist hierbei geöffnet, so
dass Druckfluid aus einem Energiespeicher 60 über eine Leitung 62 dem
Ventil 36 und so dem Zylinderraum 21.2 zuströmen kann.
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Wie
bereits vorher erläutert
erfolgte die Ansteuerung des 2/2-Wegeventils 36 in entsprechender Weise
wie auch das 2/2-Wegeventil 26 durch Beaufschlagung mittels
eines Nockens 38.
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Zur
Versorgung der Energiespeicher 40, 60 mit Druckfluid
dient die bereits erwähnte
Pumpe, welche über
Leitungen 64, 68 mit den Druckspeichern 40, 60 verbunden
ist und diese jeweils mit Druckfluid versorgt. Um ungewünschten
Druckabbau zu verhindern, beispielsweise wenn die Druckpumpe abgeschaltet
ist, sind die Leitungen 64, 68 jeweils mit einem
Rückschlagventil 66 versehen,
welches das in den Energiespeichern 40, 60 vorhandene
Druckfluid auf dem erforderlichen Druckniveau hält.
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Nicht
gezeigt ist in dem vorliegenden Schaltschema eine Verbindungsleitung
des ND-Tanks 46 mit dem ND-Tank 52, von welchem
aus die gemeinsame Leitung 54 unter Zwischenschaltung des ND-Filters 56 zur
Druckpumpe 58 für
das Fluid geführt
ist.
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- 10
- Hydromechanischer
Antrieb
- 12
- elektrischer
Leistungsschalter
- 14
- Kontaktglied
- 16
- Kolbenstange
- 18
- Kolben
- 20
- Hydraulikzylinder
- 20.1
- Anschluss
- 20.2
- Anschluss
- 20.3
- Anschluss
- 20.4
- Anschluss
- 21.1
- Zylinderraum
- 21.2
- Zylinderraum
- 22
- Druckleitung
- 24
- Auslaßleitung
- 26
- 2/2-Wegeventil
- 26.1
- Ventilblock
- 26.2
- Ventilblock
- 28
- Schaltnocken
- 30
- Nockenwelle
- 32
- Auslaßleitung
- 34
- Druckleitung
- 36
- 2/2-Wegeventil
- 36.1
- Ventilblock
- 38
- Ventilblock
- 40
- Energiespeicher
- 42
- Druckfluid-Leitung
- 44
- Fluidleitung
- 46
- ND-Tank
- 48
- steuerbare
Drossel
- 49
- steuerbare
Drossel
- 50
- Fluidleitung
- 52
- ND-Tank
- 54
- Leitung
- 56
- ND-Filter
- 57
- Antriebsmotor
- 58
- Druckpumpe
- 60
- Energiespeicher
- 62
- Druckfluid-Leitung
- 64
- Druckleitung
- 66
- Rückschlagventil
- 68
- Druckleitung