EP0158054A1 - Hydraulischer Antrieb - Google Patents

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Publication number
EP0158054A1
EP0158054A1 EP85101751A EP85101751A EP0158054A1 EP 0158054 A1 EP0158054 A1 EP 0158054A1 EP 85101751 A EP85101751 A EP 85101751A EP 85101751 A EP85101751 A EP 85101751A EP 0158054 A1 EP0158054 A1 EP 0158054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
pressure
hydraulic drive
storage
hydraulic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP85101751A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0158054B1 (de
Inventor
Gerhard Körner
Horst Plettner
Edelwald Lutz
Egon Orth
Rudi Weingärtner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Publication of EP0158054A1 publication Critical patent/EP0158054A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0158054B1 publication Critical patent/EP0158054B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator
    • H01H33/34—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator hydraulic

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic drive, in particular for high-voltage circuit breakers, with a working piston designed as a differential piston, which is guided in a one-sided axial recess in a pressure housing and is constantly under the force of an energy store on one side and the other side optionally with pressure can be acted upon or relieved of pressure.
  • Such a drive is known from DE-OS 28 28 958, in which a differential piston is acted upon by hydraulic fluid from a separately arranged energy store.
  • Such spatial separation inevitably leads to the laying of pressure lines that are susceptible to interference from external influences, which, depending on their length, adversely affect the efficiency of the system, and which have to be laid taking fire safety into account, which in total together with a considerable installation effort.
  • the recess as a step-shaped cylinder bore, the working piston being guided in the bore with a smaller diameter, the storage piston in the bore with a larger diameter.
  • This arrangement leads to a very compact design, since the possible storage volume in the storage space is a multiple of the required actuating volume for the working piston.
  • Another advantage is the high positioning force for the working piston that can be achieved with this arrangement.
  • the recess in the pressure housing is expediently closed with a housing cover, this having a cup-shaped bulge which accommodates the collecting space for the hydraulic fluid.
  • the spring arrangement serving as an energy store, or spring store for short, outside concentrically around the pressure housing, the storage piston using transmission rods, which are arranged symmetrically to its central axis and slide out of the pressure housing in a pressure-tight manner, via a thrust piece with the spring storage device is rigidly coupled.
  • the spring accumulator is supported against a molded-in shoulder on the almost cylindrical pressure housing.
  • the end of the pressure housing facing away from the housing recess has a cylindrical outer contour which serves as a sliding guide for the circular pressure piece.
  • the spring accumulator is expediently formed from disk spring assemblies. This measure offers the known Advantage that with an appropriate choice of dimensions and preload an almost constant force curve can be adjusted over the spring travel, so that the hydraulic accumulator has an almost constant pressure over its entire operating range.
  • the housing cover has an integrally formed switch flange in the extension of the pressure housing, to which a high-voltage circuit breaker can be attached.
  • a mechanical position indicator which actuates a limit switch attached to the housing cover in the extension of one of the transmission rods, serves to control the respective memory content of the hydraulic accumulator.
  • a mechanical and electrical position indicator is provided, which is connected to a coupling via a lever with a slide for converting the translational movement of the working piston into a rotational movement, which coupling is firmly connected to the piston rod.
  • a high-pressure pump and a hydraulic control unit are integrated diametrically opposite one another in the pressure housing in the area of the storage space, the control slide belonging to the hydraulic control unit being located in a bore running parallel to the central axis of the storage piston.
  • Another advantage that results from this design is that all hydraulic connections between the pressure chambers and the high pressure pump and the hydraulic control unit in the form of fluid channels embedded in the pressure housing. are, so that externally installed pressure lines are not required.
  • the fluid channels are designed so that hydraulic fluid is conveyed from the collecting space into the storage space and from there via the three-way control unit can get from the storage space into a working space for the working piston and from the working space into the collecting space.
  • the working area is on the side of the working piston facing away from the storage area.
  • a spring-loaded locking pin inserted in the pressure housing engages in an annular groove provided for this purpose on the working piston jacket when the working piston is in its working position.
  • the spring force of the compression spring is to be set so that the locking pin slides back into its bore at operating pressure in the hydraulic fluid storage space as a result of the force acting on its excellent end face.
  • the hydraulic drive according to the invention is designed in such a way that it meets the standards, regulations or legal regulations (e.g. ANSI, ICE / VDE) and reliably maintains the switching times or switching intervals required there.
  • standards, regulations or legal regulations e.g. ANSI, ICE / VDE
  • one or more additional, externally arranged and independent of external energy supply similarly constructed hydraulic accumulators, ie units without a work, pump and control unit, can be provided, which have corresponding Hydraulic lines and valves are connected to the hydraulic drive.
  • similarly constructed hydraulic accumulators ie units without a work, pump and control unit, which have corresponding Hydraulic lines and valves are connected to the hydraulic drive.
  • the connecting lines can be rigid, i.e. firm or flexible, e.g. be laid as an armored hose.
  • the valves are designed according to the invention as a multi-way valve and expediently arranged on the hydraulic drive in order to prevent the pressure drop in the storage space in the case of damaged connections.
  • the location of the or the additional storage can be determined according to the respective local conditions.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of the arrangement formed from the storage unit and hydraulic actuator.
  • a storage piston 16 which delimits a collecting space 34 which is subjected to low pressure and in which the storage piston 16 is supported against the pressure housing via a spring arrangement which is symmetrical with respect to its central axis, against a storage space 30 which is subjected to high pressure is also a working piston 18, which has a piston rod 28, which centrally axially penetrates the storage piston 16 and the pressure housing 10 for the purpose of actuating an electrical switch 100, and which separates the storage space from a working space 38, which can be selected by means of a control unit 22 optionally via fluid channels 54 , 56 connected to the storage space 30 can be pressurized, or connected to the collecting space 34 via fluid channels 54, 58 can be relieved of the pressure.
  • a high-pressure pump 20 delivers pressure fluid from the collecting space 34 into the storage space 30 via fluid channels 50, 52.
  • the hydraulic drive shown in FIGS. 2 to 4 has a pressure housing 10 with an almost cylindrical stepped outer contour, into which a step-shaped cylinder bore is formed starting from an end face in the axial direction.
  • This bore has a first area with a large diameter, which serves as storage cylinder 12, and a second area with a smaller diameter, which serves as working cylinder 14, at a depth of approximately 1/3.
  • the pressure housing 10 is closed off from the outside with a flanged housing cover 32.
  • a high-pressure pump 20 is fitted outside in a pressure-tight manner by means of a circumferential seal into a housing opening arranged radially to the cylinder axis.
  • a hydraulic control unit 22 is also positively integrated diametrically opposite in the pressure housing 10.
  • the storage cylinder 12 serves to receive a storage piston 1b, which separates the storage space 30, which is under high pressure, from the collecting space 34, which is acted upon by low pressure and is arranged in the cup-shaped, arched housing cover 32. If the operating pressure in the storage space 30 is exceeded, this is connected to the collecting space 34 via a bore 86 which extends axially eccentrically in the storage piston 16 and leads to an overpressure valve 84 located in the storage piston 16.
  • the storage piston 16 On the side facing the collecting space 34, the storage piston 16 has a collar 90, through which a fluid channel 58, which is formed in the pressure housing 10 and is extended by means of a pressed-in piece of pipe, is eccentrically guided in a bore 92 with sufficient play and ends in the collecting space 34. Further bores are arranged symmetrically to the central axis, each receiving a transmission rod 60.
  • sliding seal 102 On the end of the storage piston 16 opposite the collar there is a sliding seal 102 which is embedded in the outer surface of the storage piston 16 and which seals the storage space 30 against the wall of the storage cylinder 12.
  • the storage piston 16 In its center, the storage piston 16 is penetrated by a piston rod 28 in an axially extending guide bore 82.
  • sliding seal 104 To seal the storage space 30, at least one is in the guide bore '82 inserted sliding seal 104 is provided.
  • Two slide rings 106 serve for the exact guidance of the piston rod 28 in the guide bore 82.
  • Free access for the hydraulic fluid from the storage space 30 to a work space R 36 is limited to a defined cross section by a fitted insert and an inserted impact bushing 110.
  • the piston rod 28 is inseparably connected to a working piston 18, which, designed as a differential piston, has annularly tapering shoulders 88 on both piston surfaces, which act as impact dampers, and which merge into the piston rod 28 on one side.
  • the working piston 18 On the end opposite the piston rod 28, the working piston 18 carries a piston ring, a sliding seal 42 is also embedded in the piston jacket at an approximately medium piston height.
  • an annular groove 44 is provided in the jacket of the working piston 18, the contour of which is adapted to a spring-loaded locking pin 46.
  • a fluid channel 54 opens into the bottom 48 of the working cylinder 14 and establishes the connection to the hydraulic control unit 22 running axially parallel to the working cylinder 14.
  • the hydraulic control unit is connected to the storage space 30 via a fluid duct 56, and to the collecting space 34 via a fluid duct 58.
  • the high-pressure pump 20 is connected to the collecting space 34 via a fluid channel 50 and to the storage space 30 via a fluid channel 52.
  • the spring-loaded locking pin 46 as a pressure-controlled lock in the radial direction in the working cylinder 14 arranged, which is aligned with the intended annular groove 44 when the working piston 18 is in the working position.
  • the transmission rods 60 are led out of the pressure housing 10 in a bushing with a sliding seal and connect the accumulator piston 16 to a spring arrangement 26 via a pressure piece 62.
  • the stepped and threaded ends of the transmission rod 60 are bores in the collar 90 of the thread adapted to the thread diameter Storage piston 16 and bores in the pressure piece 62 inserted so that the collar and the pressure piece 62 are supported on the transmission rod 60 and are each non-positively fixed.
  • the pressure piece 62 is guided by the cylindrical end of the pressure housing 10 so that it slides on the slide guide 74 with its inner bore 70, which has a slide piece 72 for reducing friction.
  • the spring arrangement 26 is layered in alternating directions and arranged and preloaded in accordance with its geometry in such a way that an almost constant force curve results over the entire working path.
  • the spring assemblies 26 are supported on the one hand against the pressure piece 62 and on the other hand against an abutment 78 incorporated on the circumference of the pressure housing 10.
  • the housing cover 32 is penetrated by the piston rod 28 in a central bore 108 with an inserted sliding seal.
  • a mechanical actuating display 120 for the accumulator piston Eccentrically arranged, in the extension of a transmission rod 60, a mechanical actuating display 120 for the accumulator piston, which penetrates the housing cover in a slide-tight bore 109, is led out of the pressure building 10, one on the housing cover 32 attached limit switch 122 actuated.
  • the further configuration of the housing cover 32 provides that an electrical switch 100 to be actuated via the piston rod 28 can be flanged to the switch flange 124 in the extension of the pressure housing 10.
  • the housing cover 32 is guided radially outwards so that it serves as a hood base 116 for receiving a cover 114, which is detachably connected to the hood base 116 with a closure.
  • an optical reading device 126 can be attached to the hood base.
  • an electrical setting indicator 128 is provided for the working piston, which is connected to a coupling 132 via a lever with a sliding piece 130. The coupling serves to connect the piston rod 28 to the electrical switch 100 to be actuated.
  • On the side facing away from the switch flange there is a threaded bore 134 in the pressure housing 10, which receives a cylinder screw 136 for fixing a holding device 138.
  • the fluid in the hydraulic control unit 22 channels 54 and 56 connected to each other, hydraulic fluid from the storage space 30 reaches the bottom 48 of the working cylinder 14, so that the same pressure is present on both piston surfaces.
  • the piston area of the working piston 18 facing the working space A 38 is larger by the cross section of the piston rod 28 than the opposite piston area, the working piston 18 is moved into the working position.
  • the piston rod 28 moves in the direction of the switch flange 124, as a result of which the flanged electrical switch 100 is actuated.
  • the fluid channels 54 and 58 are connected to one another in the hydraulic control unit 22.
  • the impact dampers 88 mentioned at the outset are provided.
  • FIG. 5 schematically shows how an external hydraulic accumulator 10 # connects via a connecting line either as a rigid pipeline 40 or as a flexible hose line 40 # to a multi-way valve 24, which, located on the hydraulic drive, connects the high-pressure pump 20 either with the storage space 34 or with the external one Hydraulic accumulator 10 # connects.
  • This hydraulic accumulator 10 # consists of a pressure housing 10 #, which is designed in the same way as the pressure housing 10 of the hydraulic drive.
  • the cylindrical interior is subdivided by a storage piston 16 # into a storage space 30 # and into a second area which accommodates the spring arrangement 26 # provided as a storage element.
  • the supply of pressurized fluid via the connecting line (40, 40 #) through the high-pressure pump 20 is provided, with the intermediate multi-way valve secures the storage space 30 against a drop in pressure.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb, insbesondere zur Betätigung von elektrischen Hochspannungs-Leistungsschaltern, der gemeinsam mit einem Hydraulikspeicher mit mechanischer Druckhaltevorrichtung in einem gemeinsamen Druckgehäuse untergebracht ist, in das auch das Förderorgan für das Hydraulikfluid eine Hockdruckpumpe, sowie eine Steuereinheit mitsamt den erforderlichen Hydraulikverbindungen integriert sind, und das zum Schutz vor Fremdeinflüssen mit einer Abdeckhaube gekapselt ist. Zusätzlich kann der Anschluß eines oder mehreher externer Hydraulikspeicher zwecks Erhöhung der Schaltzahl vorgesehen sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb, insbesondere für Hochspannungsleistungsschalter, mit einem als Differentialkolben ausgebildeten Arbeitskolben, der in einer in einem Druckgehäuse befindlichen.einseitigen axialen Ausnehmung geführt ist und auf der einen Seite ständig unter der Kraft eines Energiespeichers steht und dessen andere Seite wahlweise mit Druck beaufschlagbar oder vom Druck entlastbar ist.
  • Ein derartiger Antrieb ist aus der DE-OS 28 28 958 bekannt, bei dem ein Differentialkolben von einem separat angeordneten Energiespeicher mit Hydraulikfluid beaufschlagt wird. Eine solche räumliche Trennung führt zwangsläufig zur Verlegung von Druckleitungen, die anfällig gegen Störungen durch Einwirkungen von außen sind, die sich abhängig von ihrer Länge nachteilig auf den Wirkungsgrad der Anlage auswirken, und die unter Beachtung der Brandsicherheit zu verlegen sind, was insge samt einen erheblichen Montageaufwand verursacht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, in der sowohl der hydraulische Antrieb als auch der erforderliche Energiespeicher einschließlich der zugehörigen Aggregate untergebracht sind ohne aufwendige Verlegung von Druckleitungen und geschützt gegen Einwirkungen von außen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnender Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wonach in der im Druckgehause befindlichen Ausnehmung, in der der Ar- DeltSKolben mit einer Kolbenstange geführt ist, ein weiterer, sogenannter Speicherkolben eingesetzt ist, der sich gegen einen aus symmetrisch zu seiner Mittelachse angeordneten Federn gebildeten Energiespeicher stützt, die ihn und die das Druckgehäuse durchdringende Kolbenstange des Arbeitskolbens umgreift und mit dieser, der Wand der Ausnehmung und dem Arbeitskolben einen Speicherraum begrenzt, der als Hydraulikspeicher zur Versorgung des hydraulischen Antriebs ohne weitere Zufuhr von Fremdenergie Druckenergie bereitstellt, wobei das verbrauchte Hydraulikfluid in einen von der dem Speicherraum abgewandten Seite des Speicherkolbens, der Wand und dem Boden der Ausnehmung begrenzten Sammelraum zugeführt wird.
  • Durch Anwendung der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, jederzeit, d.h. auch bei Störung oder Unterbrechung der Fnergiezufuhr, den hydraulischen Antrieb bestimmungsgemaß zu betätigen, da Antrieb und Energiespeieher eine Baueinheit bilden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Ausnehmung als stufenförmige Zylinderbohrung eingebracht, wobei der Arbeitskolben in der Bohrung mit kleinerem Durchmesser, der Speicherkolben in der Bohrung mit größerem Durchmesser geführt werden. Diese Anordnung führt zu einer sehr kompakten Bauweise, da das mögliche Speichervolumen im Speicherraum ein Vielfaches des erforderlichen Stellvolumens für den Arbeitskolben beträgt. Ein weiterer Vorteil ist die mit dieser Anordnung erreichbare hohe Stellkraft für den Arbeitskolben.
  • Zweckmäßigerweise wird die Ausnehmung im Druckgehäuse mit einem Gehäusedeckel verschlossen, wobei dieser eine topfförmige Auswölbung aufweist, die den Sammelraum für das Hydraulikfluid aufnimmt.
  • Zur Verringerung der Baulänge des hydraulischen Antriebs ist es vorteilhaft, die als Energiespeicher dienende Federanordnung, kurz Federspeicher genannt, außerhalb konzentrisch um das Druckgehäuse anzuordnen, wobei der Speicherkolben mittels symmetrisch zu seiner Mittelachse angeordneter druckdicht gleitend aus dem Druckgehäuse herausgeführter Ubertragungsstangen über ein Druckstück mit dem Federspeicher starr gekoppelt ist.
  • Zur Vermeidung zusätzlicher Haltevorrichtungen und damit Montageaufwand sowie zur Erhaltung der kompakten Bauweise stützt sich der Federspeicher gegen einen an dem nahezu zylindrischen Druckgehäuse eingeformten Absatz ab. Das der Gehäuseausnehmung abgewandte Ende des Druckgehäuses weist eine zylindrische Außenkontur auf, die als Gleitführung des kreisrunden Druckstücks dient.
  • Zweckmäßigerweise wird der Federspeicher aus Tellerfederpaketen gebildet. Diese Maßnahme bietet den bekannten Vorteil, daß bei entsprechender Wahl von Abmessung und Vorspannkraft ein nahezu konstanter Kraftverlauf über den Federweg einstellbar ist, so daß der Hydraulikspeicher über seinen gesamten Betriebsbereich nahezu konstanten Druck aufweist.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Gehäusedeckel in Verlängerung des Druckgehäuses einen angeformten Schalterflansch auf, an den ein Hochspannungsleistungsschalter befestigt werden kann.
  • Zur Kontrolle des jeweiligen Speicherinhaltes des Hydraulikspeichers dient eine mechanische Stellungsanzeige, die in Verlängerung einer der Übertragungsstangen einen am Gehäusedeckel befestigten Endschalter betätigt.
  • Zur Kontrolle der Stellung des Arbeitskolbens sind eine mechanische und elektrische Stellungsanzeige vorgesehen, die über einen Hebel mit Gleitstück zur Umsetzung der Translationsbewegung des Arbeitskolbens in eine Rotationsbewegung an eine Kupplung anschließen, die fest mit der Kolbenstange verbunden ist.
  • Im Sinne einer kompakten Bauweise sind im Bereich des Speicherraumes sich diametral gegenüberliegend eine Hochdruckpumpe und eine hydraulische Steuereinheit in das Druckgehäuse integriert, wobei der zur hydraulischen Steuereinheit gehörende Steuerschieber in einer parallel zur Mittelachse des Speicherkolbens verlaufenden Bohrung liegt.
  • Ein weiterer Vorteil, der sich aus dieser Gestaltung ergibt, beruht darauf, daß sämtliche hydraulischen Verbindungen zwischen den Druckräumen und der Hochdruckpumpe sowie der hydraulischen Steuereinheit in Form von in das Druckgehäuse eingelassenen Fluidkanälen ausgebildet . sind, so daß extern verlegte Druckleitungen entfallen. Die Fluidkanäle sind so ausgeführt, daß Hydraulikfluid vom Sammelraum in den Speicherraum gefördert wird und von dort über die dreiwegige Steuereinheit vom Speicherraum in einen Arbeitsraum für den Arbeitskolben sowie vom Arbeitsraum in den Sammelraum gelangen kann. Der Arbeitsraum befindet sich auf der dem Speicherraum abgewandten Seite des Arbeitskolbens.
  • Um im Falle eines störungsbedingten Druckabfalls im Speicherraum unbeabsichtigte Schaltvorgänge des Antriebs auszuschließen greift ein im Druckgehäuse eingelassener federbelasteter Verriegelungsstift bei in seiner Arbeitsstellung befindlichem Arbeitskolben in eine hierfür auf dem Arbeitskolbenmantel vorgesehene Ringnut ein. Die Federkraft der Druckfeder ist so einzustellen, daß der Verriegelungsstift bei Betriebsdruck im Speicherraum des Hydraulikfluids infolge der auf seine hervorragende Stirnfläche wirkenden Kraft in seine Bohrung zurückgleitet.
  • Der erfindungsgemäße hydraulische Antrieb ist hinsichtlich seiner Schaltleistung so ausgelegt, daß er die Normen, Vorschriften oder gesetzlichen Regelungen (z.B. ANSI, ICE/VDE) erfüllt und dort geforderte Schaltzeiten bzw. Schaltinterwalle sicher einhält.
  • Zur Erhöhung der Speicherkapazität können ein oder mehrere zusätzliche, extern angeordnete und von Fremdenergiezufuhr unabhängige, gleichartig aufgebaute Hydraulikspeicher, d.h. Aggregate ohne Arbeits-, Pumpen- und Steuereinheit vorgesehen sein, die über entsprechende Hydraulikleitungen und -ventile mit dem hydraulischen Antrieb verbunden sind. Hiermit läßt sich die Antriebskapazität praktisch beliebig erhöhen und den Einsatzerfordernissen anpassen, wobei der zusätzliche Raumbedarf aufgrund der kompakten Gestaltung gering ist.
  • Die Verbindungsleitungen können starr, d.h. fest, oder flexibel, z.B. als Panzerschlauch verlegt sein. Die Ventile sind erfindungsgemäß als Mehrwegeventil ausgestaltet und zweckmäßigerweise am hydraulischen Antrieb angeordnet, um den Druckabfall im Speicherraum bei beschädigten Verbindungen zu verhindern. Dabei kann der Ort der oder des Zusatzspeichers den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten entsprechend festgelegt werden.
  • Anhand einer Schemaskizze und eines Ausführungsbeispiel soll in den Figuren und Figurenbeschreibung der Erfindungsgedanke und seine Ausgestaltungsmöglichkeiten noch einmal erläutert und konkreter veranschaulicht werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 Prinzipskizze der Anordnung,
    • Fig. 2 Schnitt durch einen hydraulischen Antrieb mit Hydraulikspeicher in Ruhestellung (z.B. Schalter geöffnet),
    • Fig. 3 Schnitt durch einen hydraulischen Antrieb mit Hydraulikspeicher in Arbeitsstellung (z.B. Schalter geschlossen),
    • Fig. 4 Seitenansicht der Anschlußseite (Schalterseite),
    • Fig. 5 Prinzipskizze der Anordnung mit einem externen Hydraulikspeicher.
  • Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau der aus Speichereinheit und hydraulischem Stellglied gebildeten Anordnung. Innerhalb eines gemeinsamen Druckgehäuses 10 sind befindlich ein Speicherkolben 16, der einen Sammelraum 34, der mit Niederdruck beaufschlagt ist und in dem sich der Speicherkolben 16 über eine zu seiner Mittelachse symmetrischen Federanordnung gegen das Druckgehäuse abstützt, gegen einen Speicherraum 30 abgrenzt, der mit Hochdruck beaufschlagt ist, ferner ein Arbeitskolben 18, der eine Kolbenstange 28 aufweist, die mittig axial den Speicherkolben 16 und das Druckgehäuse 10 durchdringt zwecks Betätigung eines elektrischen Schalters 100, und der den Speicherraum von einem Arbeitsraum 38 trennt, der mittels einer Steuereinheit 22 wahlweise über Fluidkanäle 54, 56 mit dem Speicherraum 30 verbunden mit Druck beaufschlagbar ist, oder über Fluidkanäle 54, 58 mit dem Sammelraum 34 verbunden vom Druck entlastbar ist. Eine Hochdruckpumpe 20 fördert über Fluidkanäle 50, 52 vom Sammelraum 34 Druckfluid in den Speicherraum 30.
  • Der in Fig. 2 bis 4 abgebildete hydraulische Antrieb besitzt ein Druckgehäuse 10 mit nahezu zylindrischer abgesetzter Außenkontur, in das ausgehend von einer Stirnfläche in axialer Richtung eine stufenförmige Zylinderbohrung eingeformt ist. Diese Bohrung weist auf ca. 1/3 Tiefe einen ersten Bereich mit großem Durchmesser, der als Speicherzylinder 12 dient, und einen zweiten Bereich mit kleinerem Durchmesser auf, der als Arbeitszylinder 14 dient. Nach außen abgeschlossen wird das Druckgehäuse 10 mit einem angeflanschten Gehausedeckel 32.
  • Im Bereich des Speicherzylinders 12 ist außen eine Hochdruckpumpe 20 mittels einer umlaufenden Dichtung druckdicht in eine radial zur Zylinderachse angeordnete Gehäuseöffnung eingepaßt. Diametral gegenüberliegend ist ebenfalls formschlüssig eine hydraulische Steuereinheit 22 in das Druckgehäuse 10 integriert.
  • Der Speicherzylinder 12 dient zur Aufnahme eines Speicherkolbens 1b, der den unter Hochdruck stehenden Speicherraum 30 von dem mit Niederdruck beaufschlagten im topfförmig ausgewölbten Gehäusedeckel 32 angeordneten Sammelraum 34 trennt. Bei Überschreitung des Betriebsdrucks im Speicherraum 30 wird dieser über eine Bohrung 86, die axial exzentrisch im Speicherkolben 16 verläuft und zu einem im Speioherkolben 16 befindlichen Uberdruckventil 84 führt, mit dem Sammelraum 34 verbunden. Auf der dem Sammelraum 34 zugewandten Seite weist der Speicherkolben 16 einen Kragen 90 auf, durch den exzentrisch in axialer Richtung ein in das Druckgehäuse 10 eingeformter mittels einem eingepreßten Rohrstück verlängerter Fluidkanal 58 in einer Bohrung 92 mit ausreichendem Spiel durchgeführt ist und im Sammelraum 34 endet. Symmetrisch zur Mittelachse sind weitere Bohrungen angeordnet, die je eine übertragungsstange 60 aufnehmen.
  • Auf dem dem Kragen entgegengesetzt liegenden Ende des Speicherkolbens 16 befindet sich eine in die Mantelfläche des Speicherkolbens 16 eingelassene Gleitdichtung 102, die den Speicherraum 30 gegen die Wand des Speicherzylinders 12 abdichtet. In seinem Zentrum wird der Speicherkolben 16 in einer axial verlaufenden Führungsbohrung 82 von einer Kolbenstange 28 durchdrungen. Zur Abdichtung des Speicherraums 30 ist wenigstens eine in die Führungsbohrung'82 eingesetzte Gleitdichtung 104 vorgesehen. Zwei Gleitringe 106 dienen zur exakten Führung der Kolbenstange 28 in der Führungsbohrung 82.
  • Der freie Zugang für das Hydraulikfluid vom Speicherraum 30 zu einem Arbeitsraum R 36 wird durch ein eingepaßtes Einsatzstück und eine eingesetzte Prallbüchse 110 auf einen definierten Querschnitt begrenzt. Die Kolbenstange 28 ist unlösbar mit einem Arbeitskolben 18 verbunden, der, als Differentialkolben ausgebildet, auf beiden Kolbenflächen ringförmig sich verjüngende Absätze 88 aufweist, die als Aufpralldämpfer wirken, und die auf einer Seite in die Kolbenstange 28 übergehen. Auf dem der Kolbenstange 28 entgegengesetzten Ende trägt der Arbeitskolben 18 einen Kolbenring, daneben auf etwa mittlerer Kolbenhöhe ist eine Gleitdichtung 42 in den Kolbenmantel eingelassen. Auf der der Kolbenstange zugewandten Seite ist im Mantel des -Arbeitskolbens 18, eine Ringnut 44 vorgesehen, deren Kontur einem federbelasteten Verriegelungsstift 46 angepaßt ist. In den Boden 48 des Arbeitszylinders 14 mündet ein Fluidkanal 54, der axial parallel verlaufend zum Arbeitszylinder 14 die Verbindung zur hydraulischen Steuereinheit 22 herstellt. Über einen Fluidkanal 56 ist die hydraulische Steuereinheit mit dem Speicherraum 30 verbunden, über einen Fluidkanal 58 mit dem Sammelraum 34.
  • Die Hochdruckpumpe 20 ist über einen Fluidkanal 50 mit dem Sammelraum 34 verbunden und über einen Fluidkanal 52 mit dem Speicherraum 30.
  • Unmittelbar neben der Prallbüchse 110 ist in radialer Richtung in den Arbeitszylinder 14 der federbelastete Verriegelungsstift 46 als druckgesteuerte Verriegelung angeordnet, der bei in Arbeitsstellung befindlichem Arbeitskolben 18 mit der vorgesehenen Ringnut 44 fluchtet.
  • Die Ubertragungsstangen 60 sind in einer Durchführung mit Gleitdichtung aus dem Druckgehäuse 10 herausgeführt und verbinden den Speicherkolben 16 über ein Druckstück 62 mit einer Federanordnung 26. Dabei sind die abgesetzten und mit Gewinde versehenen Enden der Ubertragungsstange 60 jeweils durch dem Gewindedurchmesser angepaßte Bohrungen im Kragen 90 des Speicherkolbens 16 sowie Bohrungen im Druckstück 62 durchgesteckt, so daß sich der Kragen und das Druckstück 62 auf die Ubertragungsstange 60 abstützen und jeweils kraftschlüssig fixiert sind.
  • Das Druckstück 62 wird von dem zylindrischen Ende des Druckgehäuses 10 so geführt, daß es mit seiner ein Gleitstück 72 zur Minderung auftretender Reibung aufweisenden Innenbohrung 70 auf der Gleitführung 74, gleitet.
  • Die Federanordnung 26 ist wechselsinnig geschichtet und entsprechend ihrer Geometrie so angeordnet und vorgespannt, daß ein nahezu konstanter Kraftverlauf über den gesamten Arbeitsweg resultiert. Die Federpakete 26 stützen sich hierbei einerseits gegen das Druckstück 62 andererseits gegen ein am Umfang des Druckgehäuses 10 eingearbeitetes Widerlager 78 ab.
  • Der Gehäusedeckel 32 wird in einer zentralen Bohrung 108 mit eingelegter Gleitdichtung von der Kolbenstange 28 durchdrungen. Exzentrisch angeordnet ist in Verlängerung einer Ubertragungsstange 60 eine in einer gleitdichten Bohrung 109 den Gehäusedeckel durchdringende mechanische Stellanzeige 120 für den Speicherkolben aus dem Druckgebause 10 herausgeführt, die einen am Gehäusedeckel 32 befestigten Endschalter 122 betätigt. Die weitere Ausgestaltung des Gehäusedeckels 32 sieht vor, daß in Verlängerung des Druckgehäuses 10 an einem Schalterflansch 124 ein über die Kolbenstange 28 zu betätigender elektrischer Schalter 100 angeflanscht werden kann. Ferner ist der Gehäusedeckel 32 so radial nach außen geführt, daß er als Haubensockel 116 zur Aufnahme einer Abdeckhaube 114 dient, die mit einem Verschluß lösbar mit dem Haubensockel 116 verbunden ist. In Höhe der mechanischen Stellanzeige 120 ist an den Haubensockel eine optische Ableseeinrichtung 126 befestigbar. Desweiteren ist eine elektrische Stellanzeige 128 für den Arbeitskolben vorgesehen, die über einen Hebel mit Gleitstück 130 mit einer Kupplung 132 verbunden ist. Die Kupplung dient zur Verbindung der Kolbenstange 28 mit dem zu betätigenden elektrischen Schalter 100. Auf der dem Schalterflansch abgewandten Seite befindet sich im Druckgehäuse 10 eine Gewindebohrung 134, die eine Zylinderschraube 136 zur Fixierung einer Haltevorrichtung 138 aufnimmt.
  • Bei Einschalten der Hochdruckpumpe 20 wird über den Fluidkanal 50 Hydraulikfluid aus dem Sammelraum 34 über den Fluidkanal 52 in den Speicherraum 30 gefördert. Infolge des bei weiterer Förderung ansteigenden Drucks im Speicherranm 30 bewegt sich der Speicherkolben 16 gegen die mittels der Ubertragungsstangen 60 übertragenen aus dem Zusammendrücken der Federanordnung 26 resultierenden Kraft in Richtung Gehäusedeckel 32, bis er seine vorgegebene Endstellung erreicht hat. Bei weiterem Druckanstieg öffnet sich das Uberdruckventil 84, und Hydraulikfluid gelangt durch die Bohrung 86 vom Speicherraum 30 in den Sammelraum 34.
  • Werden in der hydraulischen Steuereinheit 22 die Fluid kanäle 54 und 56 miteinander verbunden, so gelangt Hydraulikfluid aus dem Speicherraum 30 an den Boden 48 des Arbeitszylinders 14, so daß auf beiden Kolbenflächen der gleiche Druck ansteht. Da jedoch die dem Arbeitsraum A 38 zugewandte Kolbenfläche des Arbeitskolbens 18 um den Querschnitt der Kolbenstange 28 größer ist als die gegenüberliegende Kolbenfläche wird der Arbeitskolben 18 in Arbeitsstellung bewegt. Entsprechend diesem Kolbenhub bewegt sich die Kolbenstange 28 in Richtung Schalterflansch 124, wodurch die Betätigung des angeflanschten elektrischen Schalters 100 erfolgt. Um den Arbeitskolben 18 aus der Arbeitsstellung in seine Ruhestellung zu bringen, werden in der hydraulischen Steuereinheit 22 die Fluidkanäle 54 und 58 miteinander verbunden. Auf diese Weise gelangt das im Arbeitsraum A 38 befindliche Hydraulikfluid über die Fluidkanäle 54 und 58 in den Sammelraum 34. Infolge der Druckentlastung im Arbeitsraum A 38 wird der Arbeitskolben 18 durch den im Arbeitsraum R 3b vorherrschenden Speicherdruck mit hoher Geschwindigkeit in seine Ruhestellung verschoben. Entsprechend bewegt sich die Kolbenstange 28 zurück und betätigt den elektrischen Schalter 100 und über den Hebel mit Gleitstück 130 die elektrische Stellanzeige.
  • Mit jedem Schaltvorgang Ein/Aus wird ein dem Volumen des Arbeitsraums 38 entsprechende Volumeneinheit an Hydraulikfluid aus dem Speicherraum 30 verbraucht. Die geforderte Anzahl der ohne Fremdenergiezufuhr zu ermöglichenden Schaltvorgänge bestimmt die Größe des Speichervolumens, das wie eingangs erläutert unter nahezu konstanter Kraft entsprechend nahezu konstantem Druck gespeichert wird. Das jeweils vorhandene Speichervolumen im Speicherraum 30 kann an der mechanischen Stellanzeige 120 abgelesen werden. Mit Hilfe des vorgesehenen Endschal ters 122 kann die Betätigung der Hochdruckpumpe 20 gesteuert werden.
  • Zur Vermeidung mechanischer Beschädigungen des Arbeitskolbens 18 infolge seiner raschen Bewegung von Ruhestellung in Arbeitsstellung und umgekehrt sind die eingangs erwähnten Aufpralldämpfer 88 vorgesehen.
  • Ihre Wirkung beruht darauf, daß der Ablaufquerschnitt für das Druckfluid aus dem Arbeitszylinder 14 abhängig von der jeweiligen Stellung des Arbeitskolbens 18 sich verringert. Dies hat zur Folge, daß das Druckfluid langsamer abläuft, so daß der Arbeitskolben 18 in seiner Bewegung abgebremst wird.
  • In Figur 5 ist schematisch gezeigt, wie ein externer Hydraulikspeicher 10# über eine Verbindungsleitung wahlweise als starre Rohrleitung 40 oder als flexible Schlauchleitung 40#an ein Mehrwegeventil 24 anschließt, das am hydraulischen Antrieb befindlich die Hochdruckpumpe 20 entweder mit dem Speicherraum 34 oder mit dem externen Hydraulikspeicher 10# verbindet. Dieser Hydraulikspeicher 10# besteht aus einem Druckgehäuse 10#, das gleichartig gestaltet ist wie das Druckgehäuse 10 des hydraulischen Antriebs.
  • Der zylindrische Innenraum wird von einem Speicherkolben 16# unterteilt in einen Speicherraum 30# und in einen zweiten Bereich, der die als Speicherelement vorgesehene Federanordnung 26# aufnimmt.
  • Im Beispiel ist die Versorgung mit Druckfluid über die Verbindungsleitung (40, 40#) durch die Hochdruckpumpe 20 vorgesehen, wobei das zwischengeschaltete Mehrwegeventil den Speicherraum 30 gegen Druckabfall sichert.
  • Schaltungstechnisch ist vorgesehen, daß bei Bedarf das im externen Hydraulikspeicher befindliche Druckfluid in den Speicherraum 30 fließt infolge der von der Federanordnung 26# ausgehenden gespeicherten Kraft, so daß eine zusätzliche Zahl von Schaltvorgängen gewährleistet ist.

Claims (14)

1. Hydraulischer Antrieb, insbesondere für Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einem als Differentialkolben ausgebildeten Arbeitskolben (18), der in einer in einem Druckgehäuse (10) befindlichen einseitigen axialen Ausnehmung (12, 14) gefunrt ist und auf der einen Seite standig unter der Kraft eines Energiespeichers (2b) steht und dessen andere Seite wahlweise mit Druck beaufschlagbar oder vom Druck entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die den mit einer Kolbenstange versehenen Arbeitskolben (18) aufnehmende, in dem Druckgehäuse (10) befindliche Ausnehmung (12, 14) ein Speicherkolben (16) eingesetzt ist, der sich gegen einen aus symmetrisch zu seiner Mittelachse angeordneten Federn (26) gebildeten Energiespeichers (26) stützt, die ihn (16) und das Druckgehäuse (10) mittig durchdringende Kolbenstange (28) des Arbeitskolbens (18) angreift und mit dieser, der Wand der Ausnehmung (12) und dem Arbeitskolben (18) einen Speicherraum (30) begrenzt, der als Hydraulikspeicher zur Versorgung des hydraulischen Antriebs ohne weitere Zufuhr von Fremdenergie Druckenergie bereitstellt, daß das verbrauchte Hydraulikfluid einen von der dem Speicherraum (30) abgewandten Seite des Speicherkolbens (16), der Wand und dem Boden der Ausnehmung begrenzten, auf Niederdruck stehenden Sammelraum (34) zuführbar und der Speicherraum (30) vom Sammelraum (34) durch den Speicherkolben (16) getrennt ist.
2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12, 14) in dem Druckgehäuse (10) eine sich stufig abgesetzt verjüngende Zylinderbohrung (12, 14) ist, wobei der Arbeitskolben (18) in der den kleineren Durchmesser aufweisenden, als Arbeitszylinder (14) dienenden und der Speicherkolben in der den größeren Durchmesser aufweisenden, als Speicherzylinder (12) dienenden Bohrung geführt sind, und mittels eines Gehäusedeckels (32) dicht verschlossen ist.
3. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (14) an seinem dem Speicherzylinder (12) zugewandten Ende eine Verriegelungseinrichtung (46) aufweist, die den Arbeitskolben (18) in Arbeitsstellung, d.h. in seiner dem Speicherkolben (16) nächstliegenden Endstellung des Arbeitskolbens (18), fixiert.
4. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Druckgehause (10) eine Hochdruckpumpe (20) zur Füllung des Speicherraumes (30) und eine hydraulische Steuereinheit (22) zur Steuerung der Bewegung des Arbeitskolbens (18) formschlüssig integriert sind.
5. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Druckgehäuse Fluidkanäle (50, 52, 54, 56, 58) zur Verbindung der Hochdruckpumpe (20) mit dem Speicherraum (30) und mit dem Sammelraum (34) sowie zur Verbindung des Speicherraumes .(30) mit der Steuereinheit (22) und zur Verbindung der Steuereinheit (22) mit dem Arbeitsraum (A 38) und dem Sammelraum (34) eingelassen sind.
b. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkolben (16) und der Energiespeicher (26) starr miteinander gekoppelt sind.
7. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Federanordnung (26) ausgebildete Energiespeicher (26) sich einerseits an einem Druckstück (60), welches mittels Ubertragungsstangen (62) an den Speicherkolben (16) anschließt und von dem zylindrisch geformten der Ausnehmung (12, 14) abgewandten Ende des Druckgehäuses (10) geführt ist, und sich andererseits am Druckgehäuse (10) auf der der Ausnehmung (12, 14) abgewandten Seite abstützt.
8. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (26) konzentrisch zur Mittelachse des Speicherkolbens (16) angeordnet ist und vorzugsweise aus Tellerfederpaketen (80) gebildet ist.
9. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäusedeckel (32) auf der dem Druckgehäuse (10) abgewandten Seite ein Schalterflansch (124) angeformt ist, der an einen elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalter (100) anflanschbar ist.
10. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Stellanzeige (120) des Speicherkolbens (16) korrespondierend mit der verfügbaren Druckfluidrestmenge im Speicherraum (30) vorgesehen ist.
11. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens.einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäusedeckel (32) eine elektrische Stellanzeige (128) für den Arbeitskolben (18) befestigt ist, die mechanisch über einen Hebel mit Gleitstück (130) zur Umsetzung der translatorischen Bewegung des Arbeitskolbens (18) in eine Rotationsbewegung an eine Kupplung (132) anschließt, welche starr mit dem Arbeitskolben (18) verbunden ist und gleichzeitig eine optische Stellanzeige (126) betätigt.
12. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein externer Hydraulikspeicher (10') zur zusätzlichen Bereitstellung von Druckfluid mit dem Speicherraum (30) über eine Rohrleitung (40) oder eine Schlauchleitung (40') verbunden ist.
13. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (40, 40') an ein am Speicherraum (30) angeordnetes Ventil (24) anschließt, so daß dieser gegen Druckabfall gesichert ist.
14. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Hydraulikspeicher (10') über die Verbindungsleitung (40, 40') durch die Hochdruckpumpe (20) des hydraulischen Antriebs (10) mit Druckfluid speisbar ist.
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