DE102012011130A1

DE102012011130A1 - Arbeitszylinder für einen Antrieb eines elektrischen Leistungsschalters

Info

Publication number: DE102012011130A1
Application number: DE102012011130A
Authority: DE
Inventors: Jörg Knospe
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2013-12-05
Also published as: US20150083563A1; BR112014030122B1; CN104364866B; EP2856486B1; MX2014014852A; WO2013182291A1; US9837222B2; HK1203692A1; MX337995B; CN104364866A; EP2856486A1; RU2615745C1; BR112014030122A8; BR112014030122A2; HUE030931T2

Abstract

Ein Arbeitszylinder (1) für einen Antrieb eines elektrischen Leistungsschalters, umfassend einen Grundkörper (2), ist im Hinblick auf die Aufgabe, einen Arbeitszylinder für einen Antrieb eines elektrischen Leistungsschalters anzugeben, welcher nach problemloser und kostengünstiger Fertigung eine hohe Betriebstauglichkeit zeigt und technisch problemlos mit bestehenden Antrieben kombinierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus einem ersten Bauteil, nämlich einem Zylinderkopf (3), und einem zweiten Bauteil, nämlich einem Zylinderkörper (4), gefertigt ist, welche miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder für einen Antrieb eines elektrischen Leistungsschalters, insbesondere zur Verwendung in Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlagen, umfassend einen Grundkörper.
In elektrischen Schaltanlagen müssen Leistungsschalter eine elektrische Energieübertragung innerhalb weniger Millisekunden unterbrechen. Ein Antrieb eines solchen Leistungsschalters muss demzufolge innerhalb weniger Millisekunden die Energie an den Leistungsschalter übertragen, die dieser zum Schalten benötigt.
Üblicherweise werden Leistungsschalter innerhalb eines Betriebsjahres nur einige wenige Male geschaltet, beispielsweise wenn ein Kurzschluss auftritt. Zudem werden die Leistungsschalter für mehrere Jahrzehnte installiert. Insoweit muss ein Antrieb eines Leistungsschalters nicht nur eine hohe momentane Zuverlässigkeit, sondern auch ein geringes Wartungsbedürfnis zeigen.
Vor diesem Hintergrund offenbart die DE 10 2009 015 881 A1 einen hydromechanischen Antrieb mit einem Arbeitszylinder, welcher einen Leistungsschalter mittels einer Kolbenstange betätigt. Dieser Antrieb umfasst einen Energiespeicher und eine Hydraulikeinrichtung zur Übertragung einer im Energiespeicher gespeicherten Energie.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere Antriebe bekannt, bei denen die Energie zum Schalten in Metallfedern eines Federspeichers gespeichert wird, wobei die Hydraulikeinrichtung eine verlust- und verschleissarme Übertragung der Energie beim Schaltvorgang bewirken soll.
Die bisher bekannten Hydraulikeinrichtungen weisen allerdings relativ komplex aufgebaute Arbeitszylinder auf. Die aus dem Stand der Technik bekannten Antriebe zeigen einteilige Arbeitszylinder mit komplexer Struktur, welche diverse Anbauteile wie Tankgehäuse, Stützrohre und Dämpfungsringe benötigen. Die Fertigung dieser komplexen Arbeitszylinder ist äußerst aufwendig und geht mit hohen Kosten einher.
Insbesondere werden die Laufflächen für eine Kolbenstange des Arbeitszylinders üblicherweise eloxiert. Hiermit gehen ein hoher Aufwand und damit hohe Kosten einher. Bei der Verwendung von Aluminium können Kavitationsschäden entstehen, welche technische Probleme verursachen können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Arbeitszylinder für einen Antrieb eines elektrischen Leistungsschalters anzugeben, welcher nach problemloser und kostengünstiger Fertigung eine hohe Betriebstauglichkeit zeigt und technisch problemlos mit bestehenden Antrieben kombinierbar ist.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Arbeitszylinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Danach ist der eingangs genannte Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem ersten Bauteil, nämlich einem Zylinderkopf, und einem zweiten Bauteil, nämlich einem Zylinderkörper, gefertigt ist, welche miteinander verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass durch die Verwendung zweier separater Bauteile, die zu einem Arbeitszylinder zusammengefügt werden, Fertigungsprobleme überwunden werden können. Weiter ist erkannt worden, dass zur Herstellung des Arbeitszylinders unterschiedliche Materialien verwendet werden können.
Es ist auch erkannt worden, dass die Hydraulikeinrichtung durch einen separaten Zylinderkopf problemlos verschlossen werden kann, wobei weitere Komponenten am Zylinderkopf als Kernstück des Antriebs befestigt sein können. Zuvor kann der Zylinderkopf mit all seinen Schnittstellen für weitere Komponenten unabhängig vom Zylinderkörper gefertigt werden.
Weiter ist erkannt worden, dass ein separater Zylinderkörper ebenfalls getrennt und nahezu materialunabhängig vom Zylinderkopf herstellbar ist. Eventuelle Laufflächen für Kolbenstangen können unabhängig vom Zylinderkopf bearbeitet werden. So ist ein Arbeitszylinder relativ leicht modular herstellbar und kann aus zwei unabhängig gefertigten Bauteilen zusammengefügt werden.
Insoweit ist ein Arbeitszylinder für einen Antrieb eines elektrischen Leistungsschalters angegeben, welcher nach problemloser und kostengünstiger Fertigung eine hohe Betriebstauglichkeit zeigt und technisch problemlos mit bestehenden Antrieben kombinierbar ist.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Vorteilhaft ist der Zylinderkopf kraftschlüssig mit dem Zylinderkörper verbunden. Hierdurch können die beiden Bauteile verliersicher und fest miteinander verbunden werden.
Weiter vorteilhaft sind der Zylinderkopf und der Zylinderkörper miteinander verschraubt. Schraubverbindungen sind kostengünstig und verbinden die Bauteile reversibel lösbar miteinander.
Vorteilhaft ist im Arbeitszylinder eine Kolbenstange geführt. Durch eine Kolbenstange kann ein bewegliches Kontaktglied eines elektrischen Leistungsschalters zuverlässig betätigt werden.
Die Kolbenstange weist vorteilhaft einen Kolben auf, der mit einer Lauffläche des Zylinderkörpers in Kontakt steht. Hierdurch ist eine verkippungsfreie und reibungsarme Führung der Kolbenstange im Arbeitszylinder möglich.
Vorteilhaft steht die Kolbenstange mit dem Zylinderkopf in Kontakt. Hierdurch wird die Kolbenstange an mindestens zwei Stellen im Arbeitszylinder, nämlich einmal im Zylinderkörper und einmal im Zylinderkopf, geführt. Hierdurch werden Verkantungen oder Verkippungen der Kolbenstange vermieden.
Weiter vorteilhaft ist die Kolbenstange koaxial zum Arbeitszylinder positioniert und in einem Zentraldurchgang des Arbeitszylinders aufgenommen. Hierdurch kann die Kolbenstange in den Arbeitszylinder leicht von einer Seite eingeschoben werden.
Vorteilhaft weist ein Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter, der einen mechanischen Federspeicher und eine Hydraulikeinrichtung zur Übertragung einer im Federspeicher speicherbaren Energie umfasst, einen Arbeitszylinder der hier beschriebenen Art auf. Konkret weist die Hydraulikeinrichtung einen solchen Arbeitszylinder auf.
An Schnittstellen des Zylinderkopfs sind vorteilhaft folgende Komponenten, insbesondere durch Schraubverbindungen, angeordnet:
Drei Speichermodule, ein Steuerblock, ein Druckablasshebel mit Federwegschalter, ein Pumpenmodul mit einem Motor, ein Tankdeckel mit einer Führungsbuchse, ein Befüll- bzw. Entlüftungsanschluss, ein Zwischengehäuse und der Zylinderkörper.
Des Weiteren sind vorteilhaft folgende Komponenten in den Zylinderkopf eingelegt:
Ein Rastbolzen, ein Überstromventil, wenigstens ein Rückschlagventil, ein P-Deckel, der als Führung für eine Kolbenstange dient, diverse Verschlussstopfen sowie eine wenigstens Flanschplatte.
Im Zylinderkopf ist vorteilhaft anstelle eines Dämpfungsrings eine Kontur als Dämpfungsring eingearbeitet. Hierdurch wird ein teileärmerer Aufbau realisiert, der keinen beweglichen Dämpfungsring zeigt.
Die Außenkontur des Zylinderkopfs wird vorteilhaft als Anlagefläche zur Abstützung eines Druckrings des Federspeichers verwendet.
Hydraulische Schnittstellen zu unterschiedlichen Komponenten werden vorteilhaft durch Verbindungsbuchsen geschaffen. Hierdurch kann Hydrauliköl in unterschiedliche Komponenten strömen. Im Zylinderkopf selbst wird vorteilhaft das komplette Volumen des Hydrauliköls zur Verfügung gestellt.
An der Außenfläche des Zylinderkörpers wird vorteilhaft ein Druckring geführt. Dieser Druckring drückt über Speicherkolben in einem Speichermodul mechanische Federn im mechanischen Federspeicher zusammen.
Des Weiteren ist am Zylinderkörper vorteilhaft eine Bodenplatte befestigt. Die Bodenplatte dient als Gegenfläche für die mechanischen Federn.
In den Zylinderkörper selbst sind vorteilhaft ein Stopfen und ein Dämpfungsring eingelegt.
Vorteilhaft ist zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkörper eine Verbindungsbuchse angeordnet. Hierdurch kann ein Kanal (Wechseldruck) verbunden werden.
In der Zeichnung zeigen
1 einen zweiteiligen Arbeitszylinder eines Antriebs für einen elektrischen Leistungsschalter nebst einer koaxial im Arbeitszylinder angeordneten Kolbenstange,
2 eine Schnittansicht des Arbeitszylinders gemäß 1, in welcher dargestellt ist, dass die Kolbenstange in einem Zentraldurchgang des Arbeitszylinders aufgenommen und geführt ist, und
3 eine weitere Schnittansicht des Arbeitszylinders gemäß 1, wobei Schrauben dargestellt sind, welche den Zylinderkopf und den Zylinderkörper kraftschlüssig miteinander verbinden.
1 zeigt einen Arbeitszylinder 1 für einen nicht gezeigten Antrieb eines elektrischen Leistungsschalters, insbesondere eines elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalters, umfassend einen Grundkörper 2. Der Grundkörper 2 ist zweiteilig aufgebaut.
Der Grundkörper 2 ist aus einem ersten Bauteil, nämlich einem Zylinderkopf 3, und einem zweiten Bauteil, nämlich einem Zylinderkörper 4, gefertigt, welche miteinander verbunden sind.
2 zeigt, dass der Zylinderkopf 3 kraftschlüssig mit dem Zylinderkörper 4 verbunden ist. Der Zylinderkopf 3 und der Zylinderkörper 4 sind miteinander verschraubt.
Hierfür sind Schrauben 5 vorgesehen, die in Gewindebohrungen 6 des Zylinderkörpers 4 eingreifen. 3 zeigt in einer Schnittansicht eine bevorzugte Ausführungsform, bei der vier Schrauben 5 vorgesehen sind.
Im Arbeitszylinder 1 ist eine Kolbenstange 7 geführt. Die Kolbenstange 7 weist einen Kolben 8 auf, der mit einer Lauffläche 9 des Zylinderkörpers 4 in Kontakt steht. Die Kolbenstange 7 steht außerdem mit dem Zylinderkopf 3 in Kontakt.
Die Kolbenstange 7 ist koaxial zum Arbeitszylinder 1 positioniert und in einem Zentraldurchgang 10 des Arbeitszylinders 1 aufgenommen. Die Kolbenstange 7 läuft im Arbeitszylinder 1 hoch und runter. Durch die Kolbenstange 7 wird ein nicht gezeigtes bewegliches Kontaktglied eines elektrischen Leistungsschalters betätigt.
Der Zylinderkopf 3 weist eine zylindrische Ausnehmung 11 auf, in welcher der Zylinderkörper 4 teilweise aufgenommen ist.
Der Zylinderkörper 4 ist als zylindrisches Bauteil ausgestaltet. Der Zylinderkopf 3 weist eine abgestufte äußere Umfangsfläche 12 auf.
An Seitenflächen und/oder Stirnflächen des Zylinderkopfs 3 können diverse Komponenten angebaut werden.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitszylinder
2: Grundkörper
3: Zylinderkopf
4: Zylinderkörper
5: Schrauben
6: Gewindebohrungen
7: Kolbenstange
8: Kolben
9: Laufflächen
10: Zentraldurchgang
11: zylindrische Ausnehmung
12: äußere Umfangsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009015881 A1 [0004]

Claims

Arbeitszylinder (1) für einen Antrieb eines elektrischen Leistungsschalters, umfassend einen Grundkörper (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus einem ersten Bauteil, nämlich einem Zylinderkopf (3), und einem zweiten Bauteil, nämlich einem Zylinderkörper (4), gefertigt ist, welche miteinander verbunden sind.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (3) kraftschlüssig mit dem Zylinderkörper (4) verbunden ist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (3) und der Zylinderkörper (4) miteinander verschraubt sind.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitszylinder (1) eine Kolbenstange (7) geführt ist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (7) einen Kolben (8) aufweist, der mit einer Lauffläche (9) des Zylinderkörpers (4) in Kontakt steht.
Arbeitszylinder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (7) mit dem Zylinderkopf (3) in Kontakt steht.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (7) koaxial zum Arbeitszylinder (1) positioniert und in einem Zentraldurchgang (10) des Arbeitszylinders (1) aufgenommen ist.
Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter, umfassend einen mechanischen Federspeicher und eine Hydraulikeinrichtung zur Übertragung einer im Federspeicher speicherbaren Energie, wobei die Hydraulikeinrichtung einen Arbeitszylinder (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.