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Hydraulischer Antrieb
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb, insbesondere für
Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einem in einem Zylinder laufenden Kolben, der
auf der einen Seite ständig unter der Kraft eines Energiespeichers steht und dessen
andere Seite über eine an den zugehörigen Zylinderraum angeschlossene Leitung mit
Druck beaufschlagbar oder vom Druck entlastbar ist und bei dem der Zylinderraum
über ein federbelastetes, durch die Druckflüssigkeit umsteuerbares Ventil mit einem
Niederdruckraum verbunden ist.
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Derartige Antriebe sind beispielsweise für Hochspannungs-Leistungsschalter
aus der Siemens-Betriebsanleitung für Hochspannungs-Leistungsschalter H 914 mit
Hydraulikantrieb, Bestell-Nummer SW 8292, Mai 1972 bekannt. Als Energiespeicher
dient dabei ein Druckflüssigkeitsspeicher, in dem ständig ein hoher Druck herrscht.
Der Antriebskolben ist als Differentialkolben ausgebildet, dessen größere Fläche
über eine Leitung und Steuerventile
wahlweise mit Druck beaufschlagbar
oder vom Druck entlastbar ist, indem die Leitung einmal an den Druckflüssigkeitsspeicher
und das andere Mal an einen Niederdruckraum angeschlossen wird. Um besonders ein
schnelles Ausschalten des Antriebs zu gewährleisten, ist unmittelbar an den Zylinderraum
des Antriebs das Ventil angebaut, das bei Druckentlastung in der Leitung einen direkten
und kurzen Weg zum Niederdruckraum freigibt.
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Das Ventil öffnet durch die Kraft einer Feder. Bei hohem Druck in
der Leitung wird der Ventilkolben gegen die Kraft dieser Feder bewegt. Die Verbindung
zum Niederdruckraum wird verschlossen. Der Antriebskolben wird druckbelastet und
die Schaltstelle schließt.
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Zur Umsteuerung des Ventils muß die von der Druckflüssigkeit auf den
Ventilkolben ausgeübte Kraft die Federkraft übersteigen. Dies erfordert einen bestimmten
Betätigungsdruck. Dieser muß bei der ersten Inbetriebnahme des Hochspannungs-Leistungsschalters
oder aber auch nach Wartungsarbeiten zunächst aufgebaut werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Antrieb der eingangs
genannten Art ein Ventil anzugeben, das bereits bei geringem Betätigungsdruck einwandfrei
arbeitet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventil einen
unter der Kraft seiner Feder die Verbindung zwischen Zylinderraum und Niederdruckraum
sperrenden Ventilkolben besitzt, der nur beim Druckentlasten der Leitung unter einen
vorbestimmten Wert umgesteuert wird, und daß das Ventil einen die Leitung mit dem
Zylinderraum verbindenden By-pass enthält, der einen die Druckdifferenz zum Betätigen
des Ventilkolbens erzeugenden Strömungswiderstand aufweist.
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Dieses Ventil befindet sich sowohl in der Einschalt- als auch in der
Ausschaltstellung des Hochspannungs-Leistungsschalters in seiner Schließstellung.
In der Ausschalt-
stellung, also bei gleichen Drücken Null auf beiden
Ventilkolbenseiten, hält die Feder das Ventil in dieser Stellung. Die Feder braucht
dazu nur die Reibungskräfte zu überwinden. Sie kann z. B. als Druckfeder ausgebildet
sein, die auf der der Leitung zugewandten Seite des Ventilkolbens angeordnet ist
Beim Einschalten bleibt der Ventilkolben in seiner Stellung. Die durch die Druckflüssigkeit
in der Leitung auf die dieser zugewandte Ventilkolbenfläche ausgeübte Kraft unterstützt
die Federkraft. Die Druckflüssigkeit gelangt direkt über den By-pass zum Zylinderraum.
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Beim Ausschalten öffnet das Ventil im Gegensatz zu dem bekannten Ventil
aufgrund der Druckdifferenz am Ventilkolben. Wegen des unterschiedlichen Strömungswiderstandes
ist zu Beginn der Ausschaltung der Druck im Zylinderraum höher als in der druckentlasteten
Leitung.
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Auf der der Leitung zugewandten Fläche herrscht praktisch der Druck
Null. Da der Ventilkolben bis zu diesem Zeitpunkt die Öffnung zum Niederdruckraum
verschließt, herrscht auch auf der anderen Ventilkolbenseite auf einer Fläche, die
der Fläche der Öffnung entspricht, der Druck Null. Da für ein sicheres Verschließen
einer Öffnung bei einem Kolbenventil der Kolben kegel stumpfförmig endet, verbleit
eine ringscheibenförmige Fläche, auf die der hohe Druck im Zylinderraum einwirkt.
Da die Federkraft nur gering zu sein braucht, reichen bereits kleine Druckdifferenzen
aus, um das Ventil zu öffnen und den direkten Weg vom Zylinderraum zum Niederdruckraum
freizugeben In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Ventilkolben an dem der
Leitung zugewandten Ende einen Ansatz auf, dessen Durchmesser großer ist als der
des übrigen Ventilkolbens. Die Kraft zum Öffnen des Ventils wird dadurch erhöht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Ventil und
dem Niederdruckraum ein Strömungsschalter angeordnet, mit dessen Hilfe die einwandfreie
Funktion des Ventils überprüft werden kann.
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Im folgenden wird anhand einer Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
hydraulischen Antriebs dargestellt. Der hydraulische Antrieb 1 besteht aus einem
Zylinder 3 und einem Differentialkolben 4, der an seinem einen Ende mit einer Kolbenstange
5 zum Betätigen der Schaltstelle 2 verbunden ist. Die kleinflächige Seite 6 des
Differentialkolbens 4 auf der Seite der Kolbenstange 5 steht ständig unter der Kraft,
die die über eine Leitung 7 von einem hier nicht dargestellten Druckflüssigkeitsspeicher
zugeführte Druckflüssigkeit auf die Fläche ausübt. Die großflächige Seite 8 des
Differentialkolbens 4 und derlzugehörige Zylinderraum 9 sind über eine Leitung 10
wahlweise mit Druck beaufschlagbar oder vom Druck entlastbar. Der Druck kann dabei
aus dem gleichen Energiespeicher entnommen werden, über den die kleinflächige Kolbenseite
6 mit Druck beaufschlagt wird. Unabhängig vom Druck, der im Druckspeicher herrscht,
ist es dadurch möglich, den Diferentialkolben 4 in zwei Vorzugslagen zu überführen.
In der Figur ist die Schaltstelle 2 in der Ausschaltstellung dargestellt, d. h.
der Differentialkolben 4 befindet sich in seiner unteren Vorzugstage Die großflächige
Seite 8 des Differentialkolbens ist druckentlastet.
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Zwischen der Leitung 10 und dem Zylinderraum 9 befindet sich ein Ventil
11 mit einem Kolben 12. Der Kolben 12 weist einen in einem Zylinder 14 laufenden
Ansatz 13 auf.
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Der Zylinder 14 steht direkt mit der Leitung 10 in Verbindung. Weiterhin
enthält dieser Zylinder eine auf den Ansatz 13 einwirkende Druckfeder 15. Uber einen
By-pass 16 wird der Differentialkolben 4 druckbeaufschlagt oder druckentlastet.
Der Strömungswiderstand in diesem By-pass
16 ist durch eine Drosselstelle
17 erhöht. Diese Drosselstelle 17 kann aus einer einfachen Querschnittsverengung
der By-pass-Leitung bestehen. Sie kann ebenfalls aus einem Schieber mit verschiedenen
Bohrungen gebildet sein. Auch durch Verlängerung des By-pass-Weges läßt sich der
Strömungswiderstand erhöhen. In der dargestellten Ausschaltstellung verschließt
der Ventilkolben 12 mit seinem kegelstumpfförmigen Ende 18 eine Öffnung 19 zwischen
einem Niederdruckraum 20 und dem Zylinderraum 9.
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Der Durchmesser des Ventilkolbens 12 ist größer als der Durchmesser
der Öffnung 19. Zwischen Zylinderraum 9 und Niederdruckraum 20 ist ein Strmungsschalter
21 in der Öffnung 19 angeordnet.
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Die Wirkungsweise des Ventils ist folgende: Befindet sich die Schaltstelle
2 in der dargestellten Ausschaltstellung, so ist das Ventil 11 geschlossen.
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Soll die Schaltstelle aus dieser Stellung umgesteuert werden, so wird
über die Leitung 10 der Antrieb druckbeaufschlagt. Uber den By-pass 16 gelangt die
Druckflüssigkeit direkt an die großflächige Seite 8 des Differentialkolbens 4, und
die Schaltstelle 2 schließt.
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Im umgekehrten Fall wird die Leitung 10 druckentlastet.
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Dadurch herrscht praktisch im Zylinderraum 14 der Druck Null. Wegen
der Drosselstelle 17 im By-pass 16 kann der im Zylinderraum 9 herrschende Druck
nicht so schnell abgebaut werden. Dadurch ergibt sich auf dieser Seite des Ventilkolbens
ein höherer Druck. Durch die Druckdifferenz wird der Ventilkolben gegen die Kraft
der Feder 15 bewegt, und das Ventil öffnet. Die Druckflüssigkeit kann schnell auf
direktem Weg in den Niederdruckraum entweichen. Die Schaltstelle 2 geht sehr schnell
in die Ausschaltstellung über. Das Ventil 11 schließt erneut.
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Bei einem Versagen des Ventils 11 erfolgt der Druck-
abbau
über den By-pass 16 und die Leitung 10. Am Strömungsschalter 21 ergibt sich in diesem
Fall ein Signal, das die Störung anzeigt.
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3 Ansprüche 1 Figur