EP0240884B1 - Antrieb zur Erzeugung einer linearen Bewegung für einen Verbraucher - Google Patents

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EP0240884B1
EP0240884B1 EP87104645A EP87104645A EP0240884B1 EP 0240884 B1 EP0240884 B1 EP 0240884B1 EP 87104645 A EP87104645 A EP 87104645A EP 87104645 A EP87104645 A EP 87104645A EP 0240884 B1 EP0240884 B1 EP 0240884B1
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EP
European Patent Office
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cylinder
space
piston
drive
piston rod
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EP0240884A2 (de
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Joachim Eggers
Rudi Weingärtner
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
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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 drive according to the preamble of claim 1.
  • Such a drive is known from EP-A-0158054.
  • the high-pressure hydraulic accumulator described there which is to be used essentially to drive high-voltage circuit breakers, has a piston which is driven via pull rods by a plate spring assembly to generate pressurized fluid at high pressure.
  • the tie rods reach through the plate spring assembly, which makes them relatively long, which ultimately leads to a large-volume construction.
  • the object of the invention is to design and arrange the storage spring and in particular the piston-cylinder arrangement in such a way that a considerable reduction in size is achieved.
  • This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.
  • the hydraulic drive is designated in its entirety by reference number 10 and has in a surrounding housing 11 a piston-cylinder arrangement 12 with a cylinder body 13 and a piston 15 which can be pushed back and forth in a bore 14 of the cylinder body and a piston rod 16 is formed on the upper piston surface thereof which is used to drive an electrical high-voltage circuit breaker 17, which is only shown schematically.
  • the cylinder body 13 has at its upper end a support plate 18 which extends radially to the longitudinal axis of the cylinder bore or the bore 14 and has a shoulder 19 on its outer edge, on which the free edge of a cup-shaped hood 20 with the interposition of a Seal 21 is placed.
  • the pot-shaped hood comprises the piston rod 16 in the region of its base part 22 with the interposition of a seal 23 in an opening 24.
  • the cylinder bore 14 has two recesses 25 and 26, each with a different diameter, which serve to receive a high-pressure insert body 27.
  • the high-pressure insert body 27 is elongated cylindrically and has at one end a flange-like edge 28 which fits into the recess 26 with the interposition of a seal 29, whereas this flange-like edge 28 is then followed by a collar-shaped projection 30, which in the recess 26, also below Interposition of a seal 31 fits.
  • the high-pressure insert body 27 has an inner bore 32 which narrows in the region of the flange-like edge 28 and the collar-shaped projection 30, so that the piston rod is surrounded there with play; the gap 33 formed there acts together with the piston rod 17 or the piston 15 as damping, in particular when, as for example in the case of the piston according to FIG. 2 of EP-A-0158054, there are step transitions between the piston and the piston rod.
  • step transitions are known _ as can be seen _, so that there is no need to go into them here.
  • a pin 34 is formed, which fits into an outflow bore 35, whereby damping takes place when the piston reaches its lower position (see FIG. 3).
  • the cylinder bore 14 merges into the outflow bore 35 narrowed with respect to the cylinder bore 14 (see also below).
  • the free end of the cylinder wall 39 is provided with a radially projecting edge 41, to which one end of an energy store 42 (storage spring) designed as a disk spring assembly is connected. The other end of the energy store bears against a shoulder 43 on the base part 22.
  • the edge 41 has at its left end (see drawing FIG. 1) an extension 44 to which a transmission rod 45 is connected, which extends through the carrier plate 18 with the interposition of a seal 46 from the space 47 delimited by the carrier plate 18 and the hood 20 protrudes; at the lower end of the transmission rod a link surface 48 is attached, which cooperates with one or more signal switches 49, so that the position of the cylinder 36 in the space 47 can be inferred from the switching position of the signal switch 49.
  • a slide valve 50 connects, the slide interior 51 of which is connected to the outflow bore 35.
  • the slide 52 is driven by means of electromagnets 53, 54 and on each side is a valve seat 55 or 56, which interacts with a valve plate 57 or 58 attached to the slide 52, lines 59 and 60 are connected, of which the line 59 communicates with the space 47 and the line 60 also through the high-pressure insert body 27 with the space 61 formed within the cylinder 36.
  • a locking element in the form of a locking piston 62 which, pressed radially inward by means of a spring 63, engages in a recess 64 on the piston and can thus hold the piston in the position shown in FIG. 1.
  • the line 60 is connected via two non-return valves 65 and 66, respectively, to a follow-up line 67 connected to the space 47, in which a motor pump 68 is inserted, with which pressure fluid is fed from the space 47 via the line 60 into the space 61 can be.
  • a motor pump 68 is inserted
  • the alarm switches 70 are attached at the lower end of the cylinder body 13
  • a double arm lever 71 is articulated with its one arm, which is supported on a post 72.
  • the post 72 is attached to the hood 20.
  • the free end of the other arm of the double arm lever 71 is connected by means of a guide rod 73 to a drive lever 74 which actuates the signaling switch 70, on the basis of whose position the position of the piston rod and thus of the sight holder 17 is detected.
  • space 47 is the so-called low-pressure space in which the energy storage spring 42 is located in the form of the plate spring assembly.
  • the space 61 is the space in which high-pressure fluid is located, which is kept at a suitably high pressure due to the spring force of the energy storage spring 42.
  • the slide 52 is moved to the right via the electromagnetic valve 53, as a result of which the valve opening between the valve seat 55 and the plate 57 is released.
  • the hydraulic fluid then flows in the area of the larger piston area, i.e. thus in the area below the piston 15 (see drawing) through the outlet opening 35 and the line 59 into the low-pressure collecting chamber 47. Since high-pressure fluid is still present in the high-pressure chamber 61, the piston is driven downward and the switch is opened in the process.
  • the cylinder 36 will also move downward under the pressure of the storage spring 42, but only by a distance corresponding to the volume of the pressure fluid removal for the switch-off action.
  • the cylinder assumes the position according to FIG. 2, in which the edge 41 rests on the carrier plate 18 (see FIG. 2).
  • This position causes the signaling switch 49 to close via the link surface 48 and accordingly activates the motor 68, so that pressure fluid is fed into the chamber 61 from the low-pressure chamber 47 via the line 67, through the motor 68, the check valve 66 and the line 60 , whereby the cylinder 36 is moved upwards until the energy storage spring is fully tensioned again, see FIG. 3.
  • valve opening between the valve plate 58 and the valve seat 56 is opened; this brings high pressure fluid from the high pressure chamber 61 via line 60, the valve opening between the valve plate 58 and the valve seat 56 to the space below the piston 15; since the piston 15 with the piston rod 16 acts as a differential piston, the smaller surface of which lies above the piston, the piston 15 is pressed upwards to close the switch 17 due to the difference in force corresponding to the area difference. The switch is thus switched on again.

Landscapes

  • Actuator (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Ein derartiger Antrieb ist bekannt aus der EP-A-0158054. Der dort beschriebene Hochdruck-Hydraulikspeicher, der im wesentlichen zum Antrieb von Hochspannungsleistungsschaltern verwendet werden soll, besitzt einen Kolben, der über Zugstangen durch ein Tellerfederpaket zur Erzeugung von Druckfluid mit hohem Druck angetrieben ist. Die Zugstangen durchgreifen das Tellerfederpaket, wodurch sie relativ lang werden, was im Endeffekt zu einer großvolumigen Bauweise führt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Speicherfeder und insbesondere die Kolben-Zylinderanordnung so auszubilden und anzuordnen, daß eine erhebliche Reduzierung der Baugröße erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Hochdruckspeicher, bei eingeschaltetem Leistungsschalter,
    • Fig. 2 + 3 je zwei Stellungen des Speichers bei jeweils ausgeschaltetem Schalter.
  • Der hydraulische Antrieb ist in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und besitzt in einem Umgehäuse 11 eine Kolben-Zylinderanordnung 12 mit einem Zylinderkörper 13 und einem in einer Bohrung 14 des Zylinderkörpers hin- und herverschiebbaren Kolben 15, an dessen oberer Kolbenfläche eine Kolbenstange 16 angeformt ist, die zum Antrieb eines elektrischen Hochspannungsleistungsschalters 17, der nur schematisch dargestellt ist, dient.
  • Der Zylinderkörper 13 besitzt an seinem oberen Ende eine Trägerplatte 18, die radial zur Längsachse der Zylinderbohrung bzw. der Bohrung 14 verläuft und an ihrem Außenrand einen Absatz 19 aufweist, auf dem der freie Rand einer topfförmigen Haube 20 unter Zwischenfügung einer Dichtung 21 aufgesetzt ist. Die topfförmige Haube umfaßt im Bereich ihres Bodenteiles 22 unter Zwischenfügung einer Dichtung 23 in einer Öffnung 24 die Kolbenstange 16. Die Zylinderbohrung 14 besitzt zwei Rücksprünge 25 und 26 mit jeweils unterschiedlichem Durchmesser, die zur Aufnahme eines Hochdruckeinsatzkörpers 27 dienen. Der Hochdruckeinsatzkörper 27 ist zylindrisch langgestreckt und besitzt an seinem einen Enden einen flanschartigen Rand 28, der in den Rücksprung 26 unter Zwischenfügung einer Dichtung 29 hineinpaßt, wogegen an diesen flanschartigen Rand 28 anschließend ein kragenförmïger Vorsprung 30 anschließt, der in den Rücksprung 26, ebenfalls unter Zwischenfügung einer Dichtung 31 hineinpaßt. Der Hochdruckeinsatzkörper 27 besitzt eine Innenbohrung 32, die sich im Bereich des flanschartigen Randes 28 und des kragenförmigen Vorsprunges 30 verengt, so daß die Kolbenstange dort mit Spiel umfaßt ist; der dort gebildete Spalt 33 wirkt zusammen mit der Kolbenstange 17 bzw. dem Kolben 15 als Dämpfung, insbesondere dann, wenn wie beispielsweise bei dem Kolben gemäß Figur 2 der EP-A-0158054 zwischen dem Kolben und der Kolbenstange stufige Übergänge vorgesehen sind. Derartige stufige Übergänge sind _ wie ersichtlich _ bekannt, so daß hier nicht näher darauf eingegangen werden muß. Auf der der Kolbenstange 16 gegenüberliegenden Kolbenfläche des Kolbens 15 ist ein Zapfen 34 angeformt, der in eine Ausflußbohrung 35 hineinpaßt, wodurch eine Dämpfung dann erfolgt, wenn der Kolben seinen unteren Lagepunkt (siehe Figur 3) erreicht. Die Zylinderbohrung 14 geht dabei über in die gegenüber der Zylinderbohrung 14 verengte Ausflußbohrung 35 (siehe auch weiter unten).
  • Der Hochdruckeinsatzkörper 27, der von der Trägerplatte 18 bzw. deren freien Fläche des Zylinderkörpers 13 aus vorspringt, ist an seiner Außenseite umfaßt von einem Zylinder 36, der einen hutförmigen Querschnitt aufweist, mit einem Zylinderboden 37, durch den hindurch unter Zwischenfügung zweier Dichtungen 38 die Kolbenstange 16 abgedichtet hindurchgreift; an den Zylinderboden schließt sich eine Zylinderwandung 39 an, die mit ihrer Innenfläche den Hochdruckeinsatzkörper 27 ebenfalls unter Zwischenfügung einer Dichtung 40 umfaßt. Das freie Ende der Zylinderwandung 39 ist mit einem radial vorspringenden Rand 41 versehen, an dem sich ein Ende eines als Tellerfederpaket ausgebildeten Energiespeichers 42 (Speicherfeder) anschließt. Das andere Ende des Energiespeichers liegt gegen einen Absatz 43 am Bodenteil 22 an. Der Rand 41 besitzt an seinem linken Ende (siehe Zeichnung Figur 1) eine Verlängerung 44, an der eine Übertragungsstange 45 angeschlossen ist, die durch die Trägerplatte 18 hindurch unter Zwischenfügung einer Dichtung 46 aus dem durch die Trägerplatte 18 und die Haube 20 begrenzten Raum 47 herausragt; an dem unteren Ende der Übertragungsstange ist eine Kulissenfläche 48 angebracht, die mit einem oder mehreren Meldeschaltern 49 zusammenwirkt, so daß anhand der Schaltstellung der Meldeschalter 49 auf die Stellung des Zylinders 36 im Raum 47 geschlossen werden kann.
  • Am unteren Ende des Zylinderkörpers 13 schließt sich ein Schieberventil 50 an, dessen Schieberinnenraum 51 mit der Ausflußbohrung 35 verbunden ist. Der Schieber 52 ist angetrieben mittels Elektromagneten 53, 54 und beidseitig ist je eines Ventilsitzes 55 bzw. 56, der mit je eine am Schieber 52 befestigten Ventilplatte 57 bzw. 58 zusammenwirkt, stehen Leitungen 59 bzw. 60 in Verbindung, von denen die Leitung 59 mit dem Raum 47 und die Leitung 60 auch durch den Hochdruckeinsatzkörper 27 hindurch mit dem innerhalb des Zylinders 36 gebildeten Raum 61 in Verbindung steht. An der Leitung 59 schließt ein Verriegelungselement in Form eines Verriegelungskolbens 62 an, der radial mittels einer Feder 63 nach innen gedrückt in eine Vertiefung 64 am Kolben eingreift und so den Kolben in der in Figur 1 gezeichneten Stellung festhalten kann. Die Leitung 60 steht über je zwei Rückschlagventile 65 bzw. 66 mit einer mit dem Raum 47 in Verbindung stehenden Nachschleußleitung 67 in Verbindung, in der eine Motorpumpe 68 eingefügt ist, mit der Druckfluid aus dem Raum 47 über die Leitung 60 in den Raum 61 nachgeschleust werden kann. Am unteren Ende des Zylinderkörpers 13 schließt ein Halter 69 an, an dem Meldeschalter 70 befestigt sind. An der Kolbenstange 16 außerhalb des Umgehäuses 11 ist ein Doppelarmhebel 71 mit seinem einen Arm angelenkt, der an einem Pfosten 72 aufgelagert ist. Der Pfosten 72 ist an der Haube 20 befestigt. Das freie Ende des anderen Armes des Doppelarmhebels 71 ist mittels einer Führungsstange 73 mit einem Antriebshebel 74 verbunden, der die Meldeschalter 70 betätigt, aufgrund deren Stellung die Position der Kolbenstange und damit des Sehalters 17 detektiert wird.
  • Von den oben angeführten und beschriebenen Räumen 47 bzw. 61 ist der Raum 47 der sogenannte Niederdruckraum, in dem sieh die Energiespeicherfeder 42 in Form des Tellerfederpaketes befindet. Der Raum 61 ist derjenige Raum, in dem sich Hochdruckfluid befindet, das aufgrund der Federkraft der Energiespeicherfeder 42 auf geeignet hohem Druck gehalten wird.
  • Wenn nun aus der Stellung gemäß Figur 1 der Schalter ausgeschaltet werden soll, dann wird über das Elektromagnetventil 53 der Schieber 52 nach rechts bewegt, wodurch die Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz 55 und der Platte 57 freigegeben wird. Dabei strömt dann das Hydraulikfluid im Bereich der größeren Kolbenfläche, d.h. also im Bereich unterhalb des Kolbens 15 (siehe Zeichnung) durch die Ausflußöffnung 35 und die Leitung 59 in den Niederdruck-Sammelraum 47. Da in dem Hochdruckraum 61 nach wie vor Hochdruckfluid ansteht, wird der Kolben nach unten getrieben und dabei der Schalter geöffnet. Der Zylinder 36 wird sich unter dem Druck der Speicherfeder 42 ebenfalls nach unten bewegen, allerdings nur um einen dem Volumen der Druckfluidentnahme für die Ausschalthandlung entsprechenden Weg.
  • Es besteht die Möglichkeit, daß nach einer Anzahl von Schaltungen, die ja abhängig ist von dem Gesamtvolumen des Raumes 61, der Zylinder die Stellung gemäß Figur 2 einnimmt, in der also der Rand 41 auf der Trägerplatte 18 aufliegt (siehe Figur 2). Diese Stellung bewirkt über die Kulissenfläche 48 ein Schließen des Meldeschalters 49 und demgemäß ein Ansteuern des Motors 68, so daß aus dem Niederdruckraum 47 über die Leitung 67, durch den Motor 68, das Rückschlagventil 66 und die Leitung 60 in den Raum 61 Druckfluid nachgeschleust wird, wodurch der Zylinder 36 nach oben bewegt wird, bis die Energiespeicherfeder wieder vollständig gespannt ist, siehe Figur 3. An der Innenfläche des Haubenbodens 22 befindet sich ein Zapfen 75, der dann ein Rückschlagventil 76 öffnet, wenn der Zylinder 36 zu weit nach oben bewegt wird und der Zapfen 75 auf die Kugel des Rückschlagventils 76 auftrifft. Dann kann Hydraulikfluid aus dem Raum 61 in den Raum 47 strömen. Zum Einschalten wird mittels des Elektromagnetes 53 der in Figur 2 rechts sitzende Schieber nach links bewegt, wodurch die Ventilöffnung zwischen der Ventilplatte 58 und dem Ventilsitz 56 geöffnet wird; dadurch wird aus dem Hochdruckraum 61 über die Leitung 60, die Ventilöffnung zwischen der Ventilplatte 58 und dem Ventilsitz 56 an den Raum unterhalb des Kolbens 15 Hochdruckfluid verbracht; da der Kolben 15 mit der Kolbenstange 16 als Differentialkolben wirkt, dessen kleinere Fläche oberhalb des Kolbens liegt, wird aufgrund der der Flächendifferenz entsprechenden Kraftdifferenz der Kolben 15 zum Schließen des Schalters 17 nach oben gedrückt. Der Schalter ist somit wieder eingeschaltet.

Claims (5)

1. Antrieb zur Erzeugung einer linearen Bewegung für einen Verbraucher, insbesondere einen SF₆-gasisolierten Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einer Antriebskolben-Zylinderanordnung (12) mit einem Zylinderkörper (13), in dessen Bohrung (14) ein Antriebskolben (15) mit einer Antriebskolbenstange (16) mittels Hochdruckfluid hin- und herbewegbar ist, an deren aus dem Zylinderkörper herausragenden Ende der Verbraucher (17) angekoppelt ist, mit einer Kolben-Zylinderanordnung (27, 36), deren Zylinderraum (61) einen von einer Speicherfeder (42) zusammendrückbaren Speicherraum für das Hochdruckfluid bildet, das dem Antriebskolben mittels Steuerelementen zur Erzeugung von dessen Bewegung zuführbar ist, und mit einem auf Niederdruck befindlichen Sammelraum (47) für das Hochdruckfluid, dadurch gekennzeichnet,
a) daß an dem antriebskolbenstangenseitigen Ende des Zylinderkörpers (13) der Sammelraum (47) _ eine Einheit mit dem Zylinderkörper (13) bildend _ anschließt, wobei der Sammelraum (47) von der Antriebskolbenstange (16) durchgriffen ist,
b) daß an die Zylinderbohrung (14) anschließend und die Antriebskolbenstange (16) umgreifend ein zylinderartiger, in den Sammelraum (47) ragender, als Kolbenboden der Kolben-Zylinderanordnung dienender Einsatzkörper (27) anschließt,
c) daß das freie Ende des Einsatzkörpers von einem topfartïgen Zylinder (36) umfaßt ist, wobei der Zylinder (36) mit dem Einsatzkörper den Speicherraum (61) bildet und ebenfalls die Antriebskolbenstange (16) umfaßt, und
d) daß außerhalb des Zylinders (36) im Sammelraum die mindestens eine Speicherfeder (42) vorgesehen ist, die den Zylinder (36) über den Einsatzkörper drückt.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (36) an seiner dem Zylinderkörper (13) zugewandten Ende einen radial nach außen weisenden Rand (41) aufweist, der als ein Widerlager für die mindestens eine Speicherfeder (42) dient.
3. Antrieb nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (27) in die Zylinderbohrung (14) mit einem kragenartigen Vorsprung (30) eingreift.
4. Antrieb nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am antriebskolbensstangenseitigen Ende des Zylinderkörpers (13) eine Trägerplatte (18) angeformt ist, auf der eine Haube (20) aufgesetzt ist, und daß der zwischen der Trägerplatte (18) und der Innenfläche der Haube (20) gebildete Raum (47) der Sammelraum für Niederdruckfluid liegt.
5. Antrieb nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem arbeitskolbenabseitigen Ende des Zylinderkörpers (13) ein elektromagnetisch angetriebenes Schieberventil (50) vorgesehen ist, das den Hochdruckraum (61) über im Inneren des Zylinderkörpers (13) verlaufende Steuerleitungen (59, 60) mit dem Raum unterhalb des Kolbens (15) und dem Niederdruckraum (47) verbindet.
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