EP0588085A1 - Method of controlling a hydraulic actuator - Google Patents
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Definitions
- the control connection of the booster valve is expediently connected to the seat-free connection of the 3-2-way seat valve on the one hand and a connection of the booster valve to the piston-cylinder arrangement on the other hand.
- Parallel to these connections is a line in which a non-return valve is used, which closes in the direction of the 3-2-way seat valve.
- the check valve ensures when switching off that the control connection of the booster valve is immediately relieved and the booster valve can open without delay.
- the mechanism works as follows: 1, the bottom side 5 of the working piston 3 is relieved, it is connected to the low-pressure reservoir via the connecting line 15, the orifice 17, the line 13, the 3-2-way seat valve 10 and the line 11.
- the 3-2-way seat valve switches to the position shown in FIG. 1, and the line 13 is connected to the low-pressure reservoir 9.
- the control piston side 21 of the booster valve can be relieved immediately and the relative high pressure still loaded on the pre-piston 20, fed from the piston-cylinder arrangement 4, moves the piston 19 against the return spring 22.
- the pre-piston 20 leaves its sealing seat and thus becomes concentric next to the Pre-piston 20 piston surface still present additionally effective, which accelerates the piston 19 further into its valve opening position.
- a large passage for the fluid from the connecting line 15 to the line 18 and thus to the low-pressure reservoir 9 is quickly established.
- the working piston 3 is in turn relieved via its bottom side 5 and moves to the off position.
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Hydraulikantriebes steuert ein 3-2-Wegesitzventil (10), das von Magnetspulen (14, 14a) angetrieben wird, die Beaufschlagung eines Arbeitskolbens (3) einer Kolben-Zylinderanordnung (4) mit Hochdruckfluid. Um die Ausschaltleistung des Arbeitskolbens zu steigern wird ein hydraulisches Verstärkerventil (16) eingesetzt, das beim Ausschalten einen direkten Weg von der Kolben-Zylinderanordnung (4) zum Niederdruckreservoir freigibt und das vom 3-2-Wegesitzventil hydraulisch angesteuert wird. <IMAGE>In a method for operating a hydraulic drive, a 3-2-way seat valve (10), which is driven by solenoid coils (14, 14a), controls the application of high pressure fluid to a working piston (3) of a piston-cylinder arrangement (4). In order to increase the breaking capacity of the working piston, a hydraulic booster valve (16) is used, which releases a direct path from the piston-cylinder arrangement (4) to the low-pressure reservoir when it is switched off, and which is hydraulically controlled by the 3-2-way seat valve. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hydraulikantriebes für einen elektrischen Leistungsschalter.The invention relates to a method for controlling a hydraulic drive for an electrical circuit breaker.
Ein solcher Antrieb geht aus der Publikation der ABB Schaltanlagen GmbH Nr. DESAN 1008 92 D vom März 1992 als bekannt hervor.Such a drive is known from the publication of ABB Schaltanlagen GmbH No. DESAN 1008 92 D from March 1992.
Will man die Abschaltleistung des elektrischen Schalters steigern, so muß von dessen Antrieb eine enstprechend höhere mechanische Ausschaltenergie bereitgestellt werden. Um den bestehenden Antrieb dafür zu ertüchtigen, stehen im wesentlichen zwei Wege offen. So könnte man daran denken, den Antrieb mit einer gesteigerten Druckdifferenz des Arbeitsfluids zu betreiben, was jedoch einen nicht mehr zu vertretenden materialtechnischen Aufwand bedeutet.If you want to increase the breaking capacity of the electrical switch, a correspondingly higher mechanical switch-off energy must be provided by its drive. There are essentially two ways of upgrading the existing drive. So you could think of operating the drive with an increased pressure difference of the working fluid, which, however, means a material engineering effort that is no longer justifiable.
Zum anderen könnten größere Ventilquerschnitte gewählt werden, um insbesondere mehr Arbeitsfluid pro Zeiteinheit aus der Kolben-Zylinderanordnung beim Abschalten abfließen zu lassen. Dies bedingt leistungsstärkere Ausschaltmagnetspulen, die am Markt nicht erhältlich sind. Denkbar wäre daher die Schaffung eines zweiten parallelen Ventilsitzes, der von einem weiteren Magnetventil antreibbar sein müßte. Da aus Sicherheitsgründen die Ausschaltmagneten immer in zweifacher Ausführung bereitgehalten werden, bedeutet diese Lösung eine nicht unerhebliche Kostensteigerung; hinzu kommen vermehrte Aufwendungen an elektrischen Leitungen und Steuerungsorganen sowie die Bereitstellung einer entsprechend größeren Batterieleistung.On the other hand, larger valve cross sections could be chosen, in particular more working fluid per unit of time to drain out of the piston-cylinder arrangement when switching off. This requires more powerful switch-off solenoids that are not available on the market. It would therefore be conceivable to create a second parallel valve seat, which would have to be drivable by a further solenoid valve. Since the cut-off magnets are always available in duplicate for safety reasons, this solution means a not inconsiderable increase in costs; In addition, there are increased expenses for electrical lines and control elements as well as the provision of a correspondingly higher battery power.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Ausschaltenergie des Hydraulikantriebes unter Beibehaltung des Arbeitsdruckes mit einem vertretbaren Aufwand wirksam zu steigern.The object of the invention is therefore to effectively increase the switch-off energy of the hydraulic drive while maintaining the working pressure at a reasonable cost.
Dies gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren, gemäß dem ein hydraulisches Verstärkerventil, das hydraulisch von dem 3-2-Wegesitzventil aufgrund eines Ausschaltbefehles angesteuert wird, einen genügend großen Querschnitt für den Abfluß des Arbeitsfluids von der Kolben-Zylinderanordnung zum Niederdruckreservoir freigibt.This is achieved according to the invention with a method according to which a hydraulic booster valve, which is controlled hydraulically by the 3-2-way seat valve due to a switch-off command, releases a sufficiently large cross section for the outflow of the working fluid from the piston-cylinder arrangement to the low-pressure reservoir.
Nunmehr wird die gespeicherte hydraulische Energie, die vom als Umschaltventil tätigen 3-2-Wegesitzventil beim Ausschalten freigegeben wird, lediglich dazu benutzt, das hydraulische Verstärkerventil anzusteuern. Das Verstärkerventil ist in beliebiger Größe (Durchlaßmenge) einsetzbar, und zwar ohne das 3-2-Wegesitzventil vergrößern zu müssen.Now the stored hydraulic energy, which is released by the 3-2-way seat valve acting as changeover valve when switched off, is only used to control the hydraulic booster valve. The booster valve can be used in any size (flow rate) without having to enlarge the 3-2-way seat valve.
Vorteilhaft ist es, ein Verstärkerventil vorzusehen, daß durch einen in einem Gehäuse verschiebbaren Kolben, der als Ventilverschluß- sowie als Ventilsteuerorgan dient, gebildet ist. Dabei enthält eine Kolbenseite einen mit Dichtsitzen versehenen Vorkolben, der den Ventilverschluß bewerkstelligt und dessen Kolbenfläche der Kolbenzylinderanordnung zugewandt ist. Die andere Kolbenseite dient lediglich der Ventilsteuerung und wird mit Druckfluid be- bzw. entlastet. Durch den Vorkolben wirkt der "fliegende" Kolben des Verstärkerventiles in der Schließstellung als Differentialkolben, bei dem sich die Steuerkolbenfläche der im Vergleich dazu wesentlich kleineren Vorkolbenseite gegenübersteht.It is advantageous to provide an intensifier valve which is formed by a piston which can be displaced in a housing and which serves as a valve closure element and as a valve control element. One side of the piston contains a pre-piston with sealing seats, which seals the valve accomplished and the piston surface of which faces the piston-cylinder arrangement. The other piston side is only used for valve control and is loaded or unloaded with pressure fluid. Due to the preliminary piston, the "flying" piston of the booster valve acts in the closed position as a differential piston, in which the control piston surface faces the preliminary piston side, which is considerably smaller in comparison.
Zweckmäßigerweise wird der Steueranschluß des Verstärkerventiles mit dem sitzfreien Anschluß des 3-2-Wegesitzventiles einerseits und ein Anschluß des Verstärkerventiles mit der Kolben-Zylinderanordnung andererseits verbunden. Parallel zu diesen Anschlüssen liegt eine Leitung, in der ein Rückschlagventil eingesetzt ist, das in Richtung des 3-2-Wegesitzventiles sperrt. Das Rückschlagventil sorgt beim Ausschalten insbesondere dafür, daß der Steueranschluß des Verstärkerventiles sofort entlastet wird und das Verstärkerventil verzögerungsfrei öffnen kann.The control connection of the booster valve is expediently connected to the seat-free connection of the 3-2-way seat valve on the one hand and a connection of the booster valve to the piston-cylinder arrangement on the other hand. Parallel to these connections is a line in which a non-return valve is used, which closes in the direction of the 3-2-way seat valve. The check valve ensures when switching off that the control connection of the booster valve is immediately relieved and the booster valve can open without delay.
Wird dem Rückschlagventil eine Blende parallel gelegt, so ist in der Ausschaltstellung dafür Sorge getragen, daß über den Arbeitskolben der Kolben-Zylinderanordnung hinweg abfließende Leckagen über das 3-2-Wegesitzventil zum Niederdruckreservoir abgeführt werden und keine ungewollte "schleichende" Einschaltung des Arbeitskolbens stattfindet.If an orifice is placed parallel to the check valve, care is taken in the switch-off position to ensure that leaks flowing over the working piston of the piston-cylinder arrangement are discharged via the 3-2-way seat valve to the low-pressure reservoir and that no undesired "creeping" activation of the working piston takes place.
Wird die Steuerkolbenseite des Verstärkerventiles ständig mit einer Rückstellfeder belastet, so kann nach Beendigung eines Ausschaltvorganges das Verstärkerventil sofort wieder schließen. Damit ist es schon in die für die Einschalthandlung notwendigen sicheren Funktionsstellung gebracht; Fehlfunktionen sind damit sicher ausgeschlossen.If the control piston side of the booster valve is constantly loaded with a return spring, the booster valve can close again immediately after a switch-off process has ended. It is thus already in the safe functional position required for the switch-on operation; Malfunctions are therefore definitely excluded.
Die Erfindung soll anhand von hydraulischen Funktionsablaufschemata näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail on the basis of hydraulic functional flow diagrams.
Es zeigen:
Figur 1- ein Funktionsschema bei ausgeschaltetem elektrischen Schalter und
Figur 2- das Funktionsschema bei eingeschaltetem Schalter.
- Figure 1
- a functional diagram with the electrical switch turned off and
- Figure 2
- the functional diagram with the switch switched on.
Der elektrische Schalter 1, vorzugsweise ein Hochspannungsleistungsschalter, ist über eine Kolbenstange 2 mit dem Arbeitskolben 3 der Kolben-Zylinderanordnung 4 mechanisch gekoppelt. Der Arbeitskolben 3 wirkt als Differentialkolben; dessen kolbenstangenfreie Bodenseite 5 (größere Kolbenfläche) wird zum Ein- bzw. Ausschalten mit Hochdruckfluid beschickt bzw. davon entlastet. Hingegen ist die kolbenstangenseitige kleinere Kolbenfläche ständig über eine Leitung 6 mit dem Hochdruckreservoir 7 verbunden. Bei Bedarf wird über eine Pumpe 8 Arbeitsfluid von dem Niederdruckreservoir 9 in das Hochdruckreservoir 7 gefördert.The
Ein 3-2-Wegesitzventil 10 enthält - wie dessen Bezeichnung schon vorgibt - insgesamt drei Anschlüsse, davon zwei mit Ventilsitzen. Die ventilsitzbewehrten Anschlüsse sind über die Leitung 11 mit dem Niederdruckreservoir 9 sowie über die Leitung 12 mit dem Hochdruckreservoir verbindbar. Dadurch wird beim Betätigen des 3-2-Wegesitzventiles der ventilsitzfreie Apschluß, der an die Leitung 13 angeschlossen ist, wahlweise mit dem Hoch- (Figur 2) bzw. Niederdruckreservoir (Figur 1) verbunden. Die Betätigung des 3-2-Wegesitzventiles erfolgt mittels Magnetspulen, und zwar einer Magnetspule 14 für die Ausschaltbetätigung sowie einer weiteren Magnetspule 14a für die Einschaltung. Die Magnetspule 14 ist aus Redundanzgründen zweifach vorhanden.A 3-2-
Der ventilsitzfreie Anschluß des 3-2-Wegeventiles 10 ist mit einem der Bodenseite 5 des Arbeitskolbens 3 zugewandten Anschlußleitung 15 der Kolben-Zylinderanordnung über eine Parallelschaltung verbunden. Letztere ist aus dem Verstärkerventil 16, der Blende 17 sowie dem Rückschlagventil 28 aufgebaut. Die Ventilfunktion des Verstärkerventiles 16 besteht darin, bei Bedarf eine Verbindung zwischen der Anschlußleitung 15 sowie der zum Niederdruckreservoir führenden Leitung 18 herzustellen, d. h. einen direkten Weg von der Bodenseite 5 des Arbeitskolbens zum Niederdruckreservoir freizugeben. Das Verstärkerventil 16 besteht im wesentlichen aus einem in einem Gehäuse verschieblichen "fliegenden" Kolben 19, dessen eine Seite einen weiteren, das Ventilverschlußorgan bildenden Vorkolben 20 besitzt. Die andere Seite des Kolbens 19 bildet die mit dem 3-2-Wegesitzventil verbundene Steuerkolbenseite 21. Eine Rückstellfeder 22 drückt den Kolben 19 stets in seine dargestellte Schließstellung des Verstärkerventiles 16.The valve seat-free connection of the 3-2-
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt:
In der gezeigten Ausschaltstellung des Schalters 1 gemäß Figur 1 ist die Bodenseite 5 des Arbeitskolbens 3 entlastet, sie ist über die Anschlußleitung 15, die Blende 17, die Leitung 13, das 3-2-Wegesitzventil 10 sowie die Leitung 11 mit dem Niederdruckreservoir verbunden.The mechanism works as follows:
1, the bottom side 5 of the
Wird der Magnetspule 14a ein Einschaltbefehl erteilt, stellt sich das 3-2-Wegesitzventil in die Stellung nach Figur 2 um. Danach wird die Leitung 13 mit der zum Hochdruckreservoir 7 führenden Leitung 12 verbunden. Nun kann Hochdruckfluid in Pfeilrichtung über das Rückschlagventil 28 unmittelbar an die Bodenseite 5 des Arbeitskolbens 3 gelangen und dieser wird sich in die, in Figur 2 dargestellten Einschaltstellung bewegen. Gleichzeitig wird an die Steuerkolbenseite 21 des Verstärkerventiles 16 über die Leitung 13 Hochdruckfluid gelangen, wodurch der Kolben 19 aufgrund seiner nunmehr wirksamen Differentialkolbenflächen das Verstärkerventil sicher in Schließstellung hält. Die Differentialwirkung ergibt sich aus den hinreichend unterschiedlichen Flächen, nämlich des Vorkolbens 20 zum einen sowie der Steuerkolbenseite 21 zum anderen. Die Dichtsitze des Vorkolbens 20 trennt die Anschlußleitung 15 sicher von der Leitung 18 ab.If the
Wird nun der Magnetspule 14 ein Ausschaltbefehl erteilt, stellt sich das 3-2-Wegesitzventil in die in Figur 1 gezeigte Stellung um, und die Leitung 13 wird mit dem Niederdruckreservoir 9 verbunden. Damit kann sofort die Steuerkolbenseite 21 des Verstärkerventiles entlastet werden und der auf dem Vorkolben 20 noch lastende, aus der Kolben-Zylinderanordnung 4 gespeiste relative Hochdruck bewegt den Kolben 19 entgegen der Rückstellfeder 22. Der Vorkolben 20 verläßt seinen Dichtsitz und damit wird die konzentrisch neben dem Vorkolben 20 noch vorhandene Kolbenfläche zusätzlich wirksam, was den Kolben 19 in seine Ventilöffnungsstellung weiter hinein beschleunigt. Es wird rasch ein großer Durchtritt für das Fluid von der Anschlußleitung 15 zur Leitung 18 und damit zum Niederdruckreservoir 9 hergestellt. Der Arbeitskolben 3 wird seinerseits über seine Bodenseite 5 entlastet und verfährt in Ausschaltstellung. Über das entgegen der Pfeilrichtung sperrende Rückschlagventil 28 ist ein Abfließen des Fluids nicht möglich, während dessen Durchtritt durch die stets offene Blende 17 zu vernachlässigen ist. Nach Erreichen der Ausschaltstellung des Arbeitskolbens 3 schließt die Rückstellfeder 22 das Verstärkerventil 16 wieder. Leckverluste über den Arbeitskolben 3 werden über die Blende 17 abgeleitet, wodurch sich eine stabile Endlage des Systems einstellt.If the
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