DE4340533C2 - Hydraulikeinrichtung zur Betätigung eines Antriebskolbens für ein bewegliches Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine 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 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 29 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.