WO2020211992A1 - Triggering apparatus for an electrical switch device - Google Patents

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WO2020211992A1
WO2020211992A1 PCT/EP2020/054068 EP2020054068W WO2020211992A1 WO 2020211992 A1 WO2020211992 A1 WO 2020211992A1 EP 2020054068 W EP2020054068 W EP 2020054068W WO 2020211992 A1 WO2020211992 A1 WO 2020211992A1
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WO
WIPO (PCT)
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actuator
stroke
chamber
transmission unit
hydraulic
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/054068
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Georg Bachmaier
Matthias Gerlich
Gunnar Lutzke
Christian Schacherer
Florian SCHIRRMACHER
Christian Wallner
Wolfgang Zöls
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/28Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/30Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator
    • H01H33/34Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator hydraulic
    • HELECTRICITY
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    • H01H3/30Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
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    • H01H33/28Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/40Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor

Definitions

  • the present invention relates to a triggering device for an electrical switching device, comprising an actuator and a movable trigger body for triggering a
  • the invention also relates to an electrical switching device with such a triggering device.
  • switching devices are used in electrical energy networks to protect the network components and the devices, machines and systems to be supplied with energy. This applies to low-voltage, medium-voltage and high-voltage networks, and in each case to both DC and AC networks.
  • These switching devices often have to be designed for very fast switching processes in which two electrical switching contacts have to be either opened (that is, moved apart) or closed (that is, brought into contact with one another) very quickly.
  • pre-tensioned drive springs are often present in known switching devices, which are locked by a positive locking. This form-fitting locking is often also referred to as a latch. This lock must be released to initiate the corresponding switching movement.
  • triggering devices with electromagnetic actuators are typically used.
  • an electromagnetic actuator can be, for example, a magnetic coil which can exert a magnetic force on a release tappet by applying a supply voltage and the associated current flow in the magnetic coil.
  • Such a release device with an electromagnetic tables coil is described for example in DE 102017207624 A1.
  • An essential requirement for such a Auslströmvorrich device is, on the one hand, a relatively high release speed, with the total release time from the electrical activation of the actuator to the opening or closing of the switching contacts being only a few milliseconds.
  • such a release device typically has to achieve a mechanical stroke (i.e.
  • the switching energy must be available for all releases and it must be stored in an energy store such as be kept in a battery.
  • an energy store such as be kept in a battery.
  • several 10 such triggers can be installed, which leads to very large energy storage devices with corresponding space requirements, which is also associated with high costs.
  • the object of the invention is therefore to specify a triggering device for an electrical switching device which overcomes the disadvantages mentioned.
  • a triggering device is to be made available which can be operated with a reduced peak power compared to the described prior art.
  • the mechanical energy required for triggering the switch should be converted as efficiently as possible from the electrical energy supply.
  • the power consumption should also be distributed as evenly as possible over the duration of the release process in order to keep the peak power low.
  • Another object is to specify an electrical switching device with such a release device.
  • the triggering device according to the invention is designed as a Auslettevor direction for an electrical switching device.
  • the triggering device comprises a triggering body that can be moved by means of the cable system for triggering a switching process in the switching device.
  • the term "mechanically connected in series” is to be understood here generally as meaning that the actuator is connected to a drive side of the hydraulic transmission unit in a force-transmitting manner.
  • the cable system should therefore in particular with the side opposite the actuator (i.e. the output side) of the hydraulic transmission unit
  • the hydraulic transmission unit thus forms the first transmission stage after the actuator, and the cable system forms a downstream second transmission stage.
  • These two stages result in an overall transmission ratio, which is made up of the individual transmission ratios of the hydraulic transmission unit and the cable system
  • the cable system in turn is mechanically coupled to the hydraulic transmission unit on its drive side and connected to the movable release body on its output side
  • a translational body or a rotary body is a translational body or a rotary body.
  • this release body can be used to trigger a switching process in the switching device.
  • this release body can perform a translation movement through which a downstream Ver latching of the switching device is released.
  • the described switching process in the switching device can generally be either opening or closing of the switch.
  • the cable system is, in particular, a mechanical transmission system with a cable as the motion-transmitting component.
  • the drive side is in the area of a first cable end and the output side is in the area of a second.
  • a major advantage of the Auslettevor device according to the invention is that the arrangement with two translation units connected in series makes it possible to achieve a relatively large stroke of the release body, even if the actuator used itself can only generate a comparatively low stroke. In this way, especially when using a solid-state actuator with a small input stroke, an output stroke of in particular several millimeters that is necessary for triggering the switch can be generated.
  • the hydraulic transmission unit can be designed relatively easily with a high degree of rigidity. This can be achieved in particular through the use of a comparatively low working volume of the hydraulic fluid, through the least possible leakage, through chamber walls with little lateral deformability and / or through the use of pistons as lifting elements.
  • hydraulic transmission units are particularly suitable for a stroke transmission with high dynamics.
  • “high dynamics” of the transmission unit should generally be understood to mean a quick response behavior over time. In other words, “high dynamics” should mean that a short, fast movement on the drive side with a small time offset and less time Expansion is translated into a correspondingly short, fast movement on the output side.
  • the cable system connected in series can also be implemented relatively easily with high mechanical rigidity and correspondingly high dynamics. Especially when choosing rope materials with low elasticity and high tensile strength, a high stiffness can be achieved relatively easily with a relatively low mass of the moving parts in such a rope system.
  • Another advantage is that the large stroke and high dynamics can be achieved with a comparatively low peak performance. This is made possible in particular by the fact that both the generation of the stroke in the actuator and the stroke ratio in the two ratio stages can take place in a comparatively energy-efficient manner. In particular, when using a solid-state actuator, relatively low losses occur when generating the primary stroke.
  • the hydraulic translation unit can also be operated easily with low energy losses, especially if the working volume and thus the moving mass of the hydraulic fluid can be kept low.
  • the cable system can also easily be operated with low energy losses, especially if the cable has a low elastic deformability.
  • the requirements for the height of the stroke and the triggering speed for triggering a switching process can be implemented, with an energy-efficient implementation taking place at the same time.
  • This can in particular be an efficient conversion of electrical energy used to operate the actuator into mechanical movement energy of the release body.
  • the implementation can also be performed efficiently.
  • the electrical switching device according to the invention has a triggering device according to the invention. The advantages of the switching device according to the invention result analogously to the advantages of the triggering device according to the invention described above.
  • the rope system can be designed as a pulley system.
  • a Fla schenzugsystem can in particular have a motion-transmitting rope and a plurality of pulleys.
  • One advantage of this embodiment is that in this way a desired path transmission ratio can be set relatively easily.
  • the transmission ratio can be influenced by the choice of the number of pulleys.
  • a mechanical transmission unit with high rigidity and low mass can be made available.
  • the number n of swivel castors can advantageously be at least 2, particularly advantageously at least 4, and in particular between 2 and 20.
  • these roles can be combined in groups to form individual blocks, with the roles of a common block each being fixed to a common support body.
  • a total of two such opposite blocks can be provided, each with a plurality of roles.
  • the angle of rotation of the rope over the rollers of the two blocks can advantageously be around 180 °. In other words, then essentially half of each roller is rotated by the rope.
  • the pulley system can also have a further lateral swivel pulley in which the angle of rotation of the rope is variable depending on the set position.
  • This variable angle of rotation can in particular be in the range between 90 ° and 180 °.
  • the variation in the rotation angle is caused by the movement of an output body of the cable system that is firmly connected to the cable, that is, for example, by the movement of a ram. It can therefore in particular be a side pulley on the output side.
  • the pulley system can basically be a factor pulley block, a power pulley block and / or a differential pulley block.
  • the cable system can have a transmission ratio of less than 1. With this transmission ratio, a movement of a drive body of the cable system is transferred to a movement of an output body of the cable system. With a transmission ratio below half of 1, the stroke on the output side is greater than the stroke on the drive side.
  • the transmission ratio mentioned here should therefore generally be understood to mean the ratio of the stroke on the drive side to the stroke on the output side of the respective transmission device. As the stroke increases, this transmission ratio is correspondingly smaller than 1.
  • the cable system particularly preferably has a transmission ratio of 1: 2 or less. With a transmission ratio below 1: 2, an even higher stroke increase than twice the stroke is obtained. In other words, the stroke on the output side is at least doubled in relation to the stroke on the drive side of the cable system.
  • a transmission ratio in a generally advantageous range between 1: 2 and 1:50 can advantageously be easily achieved.
  • a transmission ratio in an advantageous range between 1: 2 and 1:20 can be realized with a comparatively low expenditure on equipment.
  • the hydraulic transmission unit and the cable system together can have a total transmission of at most 1: 4 in the release device.
  • both transmission stages can work together in such a way that a stroke that is at least four times greater than the stroke of the actuator is achieved for the release body.
  • This overall transmission ratio can particularly preferably be at most 1:10, in particular at most 1:20, further particularly preferably at most 1:50 and in particular even at most 1: 100.
  • Such high overall translations make it possible to achieve a sufficiently high stroke of the release body even with primary actuators with only a very small stroke (such as piezo actuators).
  • the release body can generally advantageously have a stroke of at least 2 mm and in particular at least 3 mm.
  • the release body can be moved by at least this stroke in the translation stages through the primary stroke of the actuator and the stroke-multiplying effect.
  • a stroke of the release body in this area is particularly suitable to release a latch in a switching device and thus trigger the desired switching process.
  • the stroke of the release body can, for example, be in a range between 2 mm and 6 mm.
  • the release body can advantageously be an elongate shaped plunger.
  • Such a plunger can in particular be movably supported with essentially only one translational degree of freedom.
  • a sliding bushing can be used for such a one-dimensionally movable mounting.
  • the plunger then acts as a translation body, the translational movement of which can trigger the switching process.
  • the movement of the rope is then transferred to a one-dimensional movement of this translati ons stresses.
  • the release body can also be a rotation body.
  • the translational movement can also be converted into a rotary movement of a rotary body by the translation unit, whereby a locking device of a switching device is then released in particular.
  • a rotary movement can take place, for example, through a connection with a roller.
  • the hydraulic transmission unit can have a drive element and an output element. It can in particular be designed to transmit a movement of the drive element with a transmission ratio of less than 1 to the output element.
  • the hydraulic translation unit should also increase the stroke.
  • the transmission ratio of the hydraulic unit can particularly advantageously be at most 1: 2 and in particular 1:10, very particularly advantageously even at most 1:20 or even at most 1:50. In this way, a corresponding increase in the stroke can be achieved in the first stage of the entire release device, this stroke of the hydraulic unit then being further increased again by the advantageous transmission ratio of the cable system described.
  • it can be filled with a hydraulic fluid.
  • first and a second chamber which are hydraulically connected to one another and of which one is designed as a drive chamber and the other is designed as an output chamber.
  • the drive chamber and output chamber can generally either be fluidically connected by a line or also merge directly into one another as partial areas of a higher-level chamber volume.
  • This basic structure of the hydraulic translation unit is known for example from the laid-open documents DE 102016213654 A1 and DE 102013219759 A1.
  • a piston can be arranged movably along a piston axis at least in the first chamber (as either in the drive chamber and / or in the drive chamber).
  • This piston can separate the first chamber into a volume-variable working chamber and a rear chamber, the rear chamber being at least partially limited by a bellows element with a variable axial length.
  • the hydraulic unit is neither a pure piston system nor a pure bellows system, but a mixed piston-bellows system in which both types of limiting elements are present next to one another in at least one of the two chambers.
  • both chambers (drive chamber and output chamber) can even be implemented as such a mixed piston-bellows system.
  • the hydraulic transmission unit can also be implemented as a pure piston system or as a pure bellows system, as they are also described in more detail in the above-cited application filed in parallel.
  • the hydraulic transmission unit can have a storage chamber for the hydraulic fluid.
  • a storage chamber can in particular be fluidically connected or ver connectable to the rear chamber described above. It can be useful in particular when a movement of the piston for the rear chamber is not completely volume-neutral. A small change in volume of the rear chamber can thus be advantageously compensated for by a fluid coupling to the storage chamber.
  • a coupling to a storage chamber can also be useful in order to compensate for a change in the volume of hydraulic fluid caused by a change in temperature.
  • the storage chamber can be pressurized.
  • Such a possibility of applying pressure can be implemented, for example, by an additional bellows element or a piston in the area of the storage chamber.
  • the storage chamber can be subjected to a pressure which, for example, can be higher or lower than the pressure in the rear side chamber fluidically coupled to the storage chamber.
  • the entire hydraulic system can be preloaded to a desired output pressure by means of an actuating element in the area of the storage chamber, whereby a desired starting position of an output body on the output side can be set.
  • the starting position of the output body that is established in each case depends on the rigidity of the bellows elements used and the tension forces acting on the actuating body and the output body.
  • the hydraulic transmission unit can be filled with a hydraulic fluid.
  • the hydraulic fluid is already part of the translation unit.
  • the transmission unit has a chamber system suitable for filling with the hydraulic fluid.
  • a suitable hydraulic fluid is, for example, a silicone oil, a glycol or a liquid metal.
  • the transmission unit is filled with the hydraulic fluid, it is found both in the drive chamber and in the output chamber (and, if necessary, in the working chamber as well as in the rear chamber) and additionally in one or more optionally available connecting lines and / or Pantries.
  • the drive chamber and the output chamber can either be fluidically connected by a line or also merge directly into one another as subregions of a higher-level chamber volume.
  • the total working volume of the hydraulic transmission unit can be 1 ml or less.
  • the working volume can be in the range below 0.5 ml or even below 0.1 ml and in particular between 0.01 ml and 0.5 ml or between 0.01 ml and 0.1 ml. With such a low working volume, a translation unit with high rigidity and / or high dynamics can be implemented particularly easily.
  • the release device can have at least two subsystems that are mechanically connected in parallel.
  • Each of the subsystems can have an actuator, a hydraulic transmission unit connected mechanically in series with the actuator and a cable system mechanically connected in series with the hydraulic transmission unit.
  • the two cable systems can be mechanically coupled to a common, higher-level release body, so that simultaneous control of the two actuators leads to a joint movement of the higher-level release body by means of the two hydraulic transmission units and the two cable systems.
  • Such a doubling of the actuators, the hydraulic translation units and the cable systems and their mechanical parallel connection can in particular cause a correspondingly higher energy to be available for the movement of the release body.
  • the two subsystems can be arranged in a common housing in a particularly advantageous manner.
  • the actuator is a solid-state actuator.
  • a solid-state actuator With such a solid-state actuator, the described advantages of the inventive design of the downstream transmission units come into play particularly effectively, since in particular the stroke of a solid-state actuator is severely limited in practice and high stiffnesses depending on the actuator type are advantageous for power transmission.
  • a solid-state actuator typically has a high natural frequency and thus advantageously high dynamics.
  • the Festkör peraktor is a piezo actuator.
  • Piezo actuators have proven to be particularly promising primary actuators in the past. With them a particularly precise movement can be achieved.
  • Their main disadvantage, namely their low mechanical stroke, can be compensated for by the following translation units, as described. Even with a corresponding reduction in the force through the translation stages, the force for triggering the switching process is still sufficient.
  • the piezo actuator of the actuator device is particularly preferably designed as a piezo stack actuator.
  • a piezo stack actuator is a series circuit which is basically known from the prior art and consists of several individual piezo elements, which are arranged as a layer stack. Such a stack actuator is particularly advantageous in order to achieve a higher movement amplitude with the piezo actuator than would be possible with a single piezo element.
  • the invention is not limited to a piezo actuator as a solid body actuator.
  • many of the known advantages and disadvantages of piezo actuators also apply to other types of solid-state actuators.
  • a comparatively small output stroke can be increased by the following translation units.
  • said solid-state actuator is, for example, a magnetostrictive actuator or an electrostrictive actuator.
  • the solid-state actuator can also be a shape memory actuator.
  • the electrical switching device can be designed as a switching device for a high-voltage network. Alternatively or additionally, it can also be designed as a switching device for a medium voltage network. Alternatively or additionally, it can also be designed as a switching device for a low-voltage network. Regardless of the voltage range provided, the switching device can generally advantageously be provided as a switching device for an alternating current network. Alternatively, it can also be advantageously provided as a switching device for a direct current network.
  • the electrical switching device can have a stationary first switching contact and a second switching contact that is movable relative to this.
  • the triggering device can in particular be designed to trigger the movement of the second switching contact.
  • the stroke typically required for this can be achieved in an effective manner by the inventive design of the triggering device.
  • the electrical switching device can additionally have a biasing element which is designed to bias the second switching contact relative to the first switching contact.
  • the switching device can furthermore have a locking device which is designed to lock the prestressing element in such a prestressed state. The release device can then be appropriately designed to solve the Arretismesvorrich device.
  • the described biasing of the biasing element can in principle be either a biasing for an opening movement or a biasing for a closing movement of the switching contacts. By releasing the locking device, either the opening movement or the closing movement is triggered accordingly.
  • the release device according to the invention can be used as an alternative to the electromagnetic Spu described in DE 102017207624 A1. It can therefore be used in the switching device described there in order to release the latching of the crown gears provided with teeth.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of an electrical switching device with a triggering device according to a first example of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a hydraulic
  • FIG. 3 is a schematic representation of a cable system
  • Figure 4 is a schematic representation of an alternative
  • Figure 5 shows the cable system of Figure 4 in a different
  • Figure 6 shows a schematic diagram of a triggering device according to a second example of the invention
  • Figure 7 is a schematic representation of the two hydrauli
  • Figure 8 shows a schematic representation of the two cable systems of Figure 6,
  • Figure 9 is a schematic overall view of the hydraulic
  • Figure 10 shows the time course of the tension and the strokes as
  • FIG. 11 shows the course of electrical voltage over time
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electrical switching device 3 with a triggering device 1 according to a first embodiment of the invention shows GE.
  • the connections between the boxes each represent a mechanical coupling of the individual elements.
  • the release device 1 comprises an actuator A, a hydraulic transmission unit H connected mechanically in series with the actuator and a cable system M mechanically connected in series with the hydraulic transmission unit H.
  • This cable system M acts as a mechanical transmission unit, wel che as the second transmission stage of the hydraulic Translation unit H is connected downstream.
  • a release body T can be moved, with which the actual switching process in the switching device 3 can be triggered.
  • the actual switching of the switching device consists in opening or closing two switching contacts S1 and S2 (as indicated by the opposite arrows). The first of these switching contacts S1 is fixed net, and the second switching contact S2 is arranged movable relative to this.
  • the release body T acts on a locking device F.
  • This locking device F can, for example, as indicated by the pictogram, have two elements that are interlocked by a form fit, in which the form fit prevents their relative movement to one another.
  • a biasing element V is provided here, by means of which the second switching contact S2 is biased with respect to an opening movement or a closing movement.
  • the actual triggering device 1 is used here to release the lock within the locking device F approximately. A stroke of several mm, for example, may be necessary for this.
  • the release device 1 is designed to achieve this stroke with the aid of two transmission units connected in series, namely the hydraulic transmission unit H and the cable system M as a mechanical transmission unit.
  • the primary stroke within the triggering device 1 is generated by an actuator A, which can be a piezo actuator, for example.
  • the stroke of this actuator A is denoted by SA.
  • the transmission ratio of this hydraulic transmission unit is selected in the present example so that the stroke on the output side Hb of the hydraulic transmission unit H is enlarged compared to the primary stroke.
  • the stroke on the output side is labeled SH.
  • the enlargement of the strokes is illustrated here by an arrow that becomes larger and larger, although this enlargement is not true to scale. Also the direction of the arrows is to be understood only as an example. In general, the release can in principle take place either by a pulling movement or by a pushing movement on the locking device.
  • a further increase in the stroke is also achieved through the transmission ratio of the following cable system M.
  • the stroke SM on the output side Mb of the cable system M is increased by a further factor here. This output stroke SM is at the same time that stroke which is reached with the release body T of the release device 1.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a hydraulic transmission unit H, such as can be used, for example, in the exemplary embodiment in FIG.
  • This hydraulic translation unit H is connected in series with actuator A.
  • the stroke SA from the drive side Ha is translated into a stroke SH on the output side Hb through the hydraulically coupled interaction of two pistons 13a and 13b.
  • the transmission ratio is ideally determined by the ratio of the hydraulic surfaces of the two associated piston bodies.
  • the first working chamber 15a forms a portion of the drive chamber 11a that can be varied by the piston movement
  • the second working chamber 15b forms a portion of the output chamber 11b that can be varied by the piston movement there.
  • the two working chambers 15a and 15b are fluidically coupled by a hydraulic line 16.
  • the rear volumes of the two chambers 11a and 11b are encapsulated here.
  • each of the two chambers 11a and 11b is separated by the piston into a working chamber 15a or 15b and a rear chamber 17a or 17b.
  • the two rear chambers are each encapsulated fluidically from the external environment. They are each at least partially limited by a bellows element 19a or 19b of variable axial length. In the case shown, part of the side wall of the respective rear chamber is formed by such a bellows. This The bellows makes it possible for the rear chamber to be encapsulated and for volume compensation to take place in spite of the movement of the respective piston.
  • both the drive chamber 11a and the drive chamber 11b are realized with such a flexibly encapsulated rear chamber.
  • Both rear chambers are fluidically coupled to a storage chamber 41 for the hydraulic fluid 7 via a line 37.
  • This storage chamber 41 is laterally bounded by a bellows element 43.
  • a cover plate 45 can be used to apply pressure to the storage chamber by means of a preset stroke SR.
  • the drive body 21b which here represents the piston pin of the Abtriebskam mer
  • the increased stroke SH corresponding to the transmission ratio can be transferred to the subsequent cable system.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a cable system M, such as can be used, for example, in the release device of FIG.
  • a drive body 103 On the drive side of this cable system there is a drive body 103.
  • This drive body 103 can be moved with the stroke SH, which has already been enlarged by the hydraulic unit.
  • This stroke SH is now translated by the downstream cable system M to an even further enlarged SM on the output side of the cable system.
  • the cable system M is designed as a pulley system with a movement-transmitting cable 101 and a plurality of deflection pulleys 107.
  • four pulleys are shown in the cable system of FIG. However, this number can be significantly larger in a real system in order to achieve a greater magnification.
  • the motion-transmitting cable is connected to the drive body 103.
  • the opposite end of the rope is connected to the output body 109.
  • the output body 109 is here in turn firmly connected to the actual release body T.
  • This release body T is implemented here as a translation body (in particular as a plunger), and its movement is used to release the locking device F, as already described in connection with FIG.
  • the translation body T can be stored in a sliding bushing, not shown in detail here, in such a way that it is essentially only one-dimensionally movable in the direction of the arrow SM.
  • this factor is only intended to illustrate in principle how a certain desired transmission ratio can be achieved by choosing the number of deflection pulleys in a factor block and tackle, namely a ratio of 1: 4 here.
  • the pulleys 107 are grouped together to form two blocks, which are sometimes referred to as scissors of a pulley block.
  • a first block consists of the two rollers connected to the drive body 103.
  • the second block consists of the two rollers connected to the fixing body 105.
  • Drive body 103 and fixing body 105 thus form the two essential support bodies for the blocks of the pulley system.
  • FIG. 4 a schematic representation of an alternative embodiment for the cable system M is shown.
  • the mode of operation of this alternative cable system is basically similar to that in the example in FIG. 3.
  • an additional lateral deflection pulley 108 is provided here.
  • the rope rotates this role not with a rotation angle of 180 °, but with a smaller Umlaufwin angle ß, which is between 90 ° and 180 ° here.
  • the additional lateral deflection roller 108 facilitates the transmission of the movement to the only linearly movable release body (or translation body) T.
  • the achievable increase in stroke can be increased even further. The influence on the transmission ratio becomes clear from FIG.
  • the length of the rope between the lateral deflection roller 108 and the translation body T had a length 1_0 in the position of FIG.
  • the angle enclosed between the cable 101 and the translational body T changes from a_0 to a_l.
  • the vertical distance between the lateral deflection roller and the translation body i.e. the height of the triangle formed) changes from h_0 to h_l, while the horizontal distance d remains constant due to the only one-dimensionally movable mounting of the translation body T.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a tripping device 1 according to a second example of the invention.
  • This triggering device can be integrated in a higher-level switching device 3, not shown here, similar to the example in FIG. 1.
  • the triggering device 1 is composed of two mechanically parallel subsystems 61 and 62.
  • Each of the two subsystems has an actuator A1 or A2, one for the respective actuator mechanically Hydraulic transmission unit Hl or H2 connected in series and a cable system Ml or M2 connected mechanically in series with the respective hydraulic transmission unit.
  • the two cable systems Ml and M2 are mechanically coupled to a common higher-level release body T.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the two hydraulic transmission units Hl and H2, as they can be used in particular in the example of FIG. So here two actuators A1 and A2 are each mechanically connected in series with an associated hydraulic transmission unit Hl or H2.
  • the individual hydraulic transmission units are each configured analogously to the example of FIG. 2 and arranged symmetrically next to one another in a butterfly-like configuration.
  • the individual hydraulic translation units Hl and H2 are not fluidically coupled to one another.
  • the two hydraulic transmission units are mechanically connected in parallel here.
  • the two output bodies 21b are designed in such a way that by simultaneous and rectified control of the two actuators, a rectified stroke SH is generated at the two output bodies 21b.
  • the two mechanically parallel hydraulic translation units Hl and H2 can also be used as a higher-level hydraulic translation unit H with two inputs and two outputs can be seen.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of the two cable systems M1 and M2, as they can be used in particular in the example of FIG.
  • These two cable systems M1 and M2 can in particular be coupled to the output bodies 21b of the two hydraulic units in FIG. 7 via their two drive bodies 103.
  • the two cable systems M1 and M2 are each designed in a manner similar to that in the example of FIGS. 4 and 5.
  • two such cable systems are coupled with their cable ends on the output side to a common higher-level translation body T ge.
  • the arrangement of the two cable systems is mirror-symmetrical. They are arranged back to back like a butterfly, so that the two ropes 101 converge symmetrically on the translation body T via the two opposite lateral deflection pulleys 108.
  • the two mechanically parallel cable systems Ml and M2 can be viewed as a higher-level cable system M with two inputs and one coupled output.
  • a common, continuous cable can also be used, which is used jointly by the rollers of the two sub-systems M1 and M2.
  • the drive body 103 can also be implemented as a jointly used continuous plate.
  • Figure 9 shows a schematic overall view of the two hydraulic translation units Hl and H2 and the two cable systems Ml and M2 from the embodiment of Figure 6.
  • the two hydraulic translation units Hl and H2 of Figure 7 in an overall symmetrical arrangement with the two cable systems Ml and M2 of Figure 8 have been joined together.
  • the two rope ends can be connected to one another.
  • the advantage of doubling the energy can be realized in a particularly simple and effective manner.
  • all of the elements shown in FIG. 9 can be arranged in a common housing (not shown here). This makes it possible to provide a module that is easy to handle and with which, with simultaneous electrical control of the two actuators A, a sufficiently high total stroke SM of the release body T can be achieved with a sufficiently high mechanical energy.
  • FIGS. 10 and 11 show the essential physical parameters for realizing the release device of FIGS. 6 to 9, as calculated with a Simulink simulation.
  • Various physical quantities are shown as a function of time 201 in milliseconds.
  • the electrical voltage 202 applied to each of the actuators A1, A2 is shown in volts.
  • These actuators are piezo actuators which can be moved by applying such a voltage.
  • an approximately delta-shaped voltage pulse of 160 V is applied, which acts over a period of 50 ms.
  • the three graphics below show the resulting stroke at various points on the release device.
  • a stroke in micrometers is designated by the reference numeral 203.
  • the stroke SA is the primary stroke generated by each of the two piezo actuators A1 and A2, which acts as a stroke on the drive side of the respective hydraulic transmission unit Hl or H2.
  • This primary stroke is relatively low. Due to the transmission ratio of the respective hydraulic unit, however, a significantly increased stroke SH is achieved on its output side, which reaches almost 400 pm at the maximum of the curve.
  • a stroke in millimeters is designated by 204.
  • the described stroke SH which acts on the drive side of the respective subsequent cable system, is compared with the stroke As, which is present in the area of the respective lateral deflection rollers 108. This stroke As is at its maximum already in the range of about 3 mm.
  • 204 is a stroke in millimeters.
  • the top curve thus again shows the voltage 202 in volts applied to the respective piezo actuator as a function of the time 201 in milliseconds. In contrast to FIG. 10, only about the first 30 ms after the start of the voltage pulse are shown here.
  • the second curve shows the current 205 in amperes that flows when the two piezo actuators are activated. The maximum current here is just under 7 A.
  • the third curve shows the electrical output 206 in watts.
  • the electrical peak power here is just under 350 W.
  • the fourth curve shows the total electrical energy consumption 207 in mJ. Both the electrical peak power and the total energy consumed are significantly lower than with the comparable electromagnetic actuator described above, in which a peak power of 1200 W was measured.
  • the given parameters for the stroke, the dynamics and the force during the movement of the release body T can be realized, where- while at the same time the electrical peak power is significantly reduced compared to the prior art.
  • This also has the effect that for an electrical line to the respective actuator, a significantly lower line cross-section than in the prior art can be used.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a triggering apparatus (1) for an electrical switch device (3), comprising - an actuator (A), - a hydraulic transmission unit (H) connected mechanically to the actuator (A) in series, - a cable system (M), which is connected mechanically to the hydraulic transmission unit (H) in series and acts as a mechanical transmission unit for the hydraulic transmission unit (H), - and a triggering body (T), which can be moved by means of the cable system (M) for triggering a switching process in the switch device (3). The invention further relates to an electrical switch device (3) having a triggering apparatus (1) of this kind.

Description

Beschreibung description
Auslösevorrichtung für eine elektrische Schalteinrichtung Tripping device for an electrical switching device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für eine elektrische Schalteinrichtung, umfassend einen Aktor und einen bewegbaren Auslösekörper zur Auslösung eines The present invention relates to a triggering device for an electrical switching device, comprising an actuator and a movable trigger body for triggering a
Schaltvorgangs in der Schalteinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Schalteinrichtung mit einer solchen Auslösevorrichtung. Switching process in the switching device. The invention also relates to an electrical switching device with such a triggering device.
Nach dem Stand der Technik kommen in elektrischen Energienet zen zum Schutz der Netzkomponenten und der mit Energie zu versorgenden Geräten, Maschinen und Anlagen unterschiedliche Typen von Schalteinrichtungen zum Einsatz. Dies gilt sowohl für Niederspannungs- , Mittelspannungs- als auch Hochspan nungsnetze und dabei jeweils sowohl für Gleichspannungs- als auch für Wechselspannungsnetze. Diese Schalteinrichtungen müssen häufig für sehr schnelle Schaltvorgänge ausgelegt sein, bei denen zwei elektrische Schaltkontakte sehr schnell entweder geöffnet (also auseinander bewegt) oder geschlossen (also miteinander in Kontakt gebracht) werden müssen. Um die se schnellen Schaltbewegungen zu ermöglichen, sind bei be kannten Schalteinrichtungen häufig vorgespannte Antriebsfe dern vorhanden, die durch eine formschlüssige Verriegelung gesperrt sind. Diese formschlüssige Verriegelung wird häufig auch als Verklinkung bezeichnet. Zum Einleiten der entspre chenden Schaltbewegung muss diese Verriegelung gelöst werden. Hierzu werden nach dem Stand der Technik typischerweise Aus lösevorrichtungen mit elektromagnetischen Aktoren verwendet. Ein solcher elektromagnetischer Aktor kann beispielsweise eine Magnetspule sein, welche durch das Anlegen einer Versor gungsspannung und den damit einhergehenden Stromfluss in der Magnetspule eine Magnetkraft auf einen Auslösestößel ausüben kann. Eine solche Auslösevorrichtung mit einer elektromagne tischen Spule ist beispielsweise in der DE 102017207624 Al beschrieben . Eine wesentliche Anforderung an eine solche Auslösevorrich tung ist einerseits eine relativ hohe Auslösegeschwindigkeit, wobei die gesamte Auslösezeit vom elektrischen Ansteuern des Aktors bis zum Öffnen oder Schließen der Schaltkontakte nur wenige Millisekunden betragen darf. Gleichzeitig muss eine solche Auslösevorrichtung typischerweise einen mechanischen Hub (also eine Auslenkung) von mehreren Millimetern bei einer Lastkraft von mehreren 10 Newton erreichen, um die Verriege lung der Antriebseinheit lösen zu können. Dementsprechend ergibt sich eine benötigte Schaltenergie von einigen 10 mJ bis einigen 100 mJ. Durch die kurzen Schaltzeiten von wenigen Millisekunden ergeben sich Leistungen von mehreren 10 W, wo bei bei den bekannten elektromagnetischen Auslösevorrichtun gen auch Leistungsspitzen von etwa 1000 W oder noch mehr auf- treten können. Beispielsweise ist bei einer solchen herkömm lichen Auslösevorrichtung beim Schnellauslösen mit einer elektromagnetischen Spule als Aktor eine Spitzenleistung von 1200 W typisch. According to the state of the art, different types of switching devices are used in electrical energy networks to protect the network components and the devices, machines and systems to be supplied with energy. This applies to low-voltage, medium-voltage and high-voltage networks, and in each case to both DC and AC networks. These switching devices often have to be designed for very fast switching processes in which two electrical switching contacts have to be either opened (that is, moved apart) or closed (that is, brought into contact with one another) very quickly. In order to enable these rapid switching movements, pre-tensioned drive springs are often present in known switching devices, which are locked by a positive locking. This form-fitting locking is often also referred to as a latch. This lock must be released to initiate the corresponding switching movement. For this purpose, according to the prior art, triggering devices with electromagnetic actuators are typically used. Such an electromagnetic actuator can be, for example, a magnetic coil which can exert a magnetic force on a release tappet by applying a supply voltage and the associated current flow in the magnetic coil. Such a release device with an electromagnetic tables coil is described for example in DE 102017207624 A1. An essential requirement for such a Auslösevorrich device is, on the one hand, a relatively high release speed, with the total release time from the electrical activation of the actuator to the opening or closing of the switching contacts being only a few milliseconds. At the same time, such a release device typically has to achieve a mechanical stroke (i.e. a deflection) of several millimeters with a load force of several tens of Newtons in order to be able to release the locking mechanism of the drive unit. This results in a required switching energy of a few 10 mJ to a few 100 mJ. The short switching times of a few milliseconds result in powers of several tens of watts, and power peaks of around 1000 watts or even more can occur with the known electromagnetic tripping devices. For example, with such a conventional release device, a peak power of 1200 W is typical for quick release with an electromagnetic coil as the actuator.
In vielen Schaltanlagen liegt zudem eine räumliche Trennung zwischen den Schutzrelais (und damit der elektrischen Ener gieversorgung der Auslöseeinheit ) und der Auslöseeinheit selbst vor. Bei großen Gesamtanlagen, vor allem bei Hochspan nungsanwendungen im Bereich von 52 kV oder mehr, liegt näm lich häufig eine räumliche Konzentrierung aller Steuerungs und Versorgungskomponenten einerseits (zum Beispiel in einem klimatisierten Umfeld) und der damit angesteuerten Schaltge räte andererseits vor. Eine solche räumliche Trennung kann zum Beispiel in einer Freifeldanlage durch die hohen Anforde rungen an die elektrische Isolation bedingt sein. Bei einer solchen Anordnung kann der Abstand zwischen der Energiever sorgung und der Auslösevorrichtung leicht mehrere 100 m be tragen. Dementsprechend ergeben sich sehr große Längen für die elektrischen Leitungen zwischen der Energieversorgung und der Auslösevorrichtung. Der durch die elektrischen Verluste bedingte Spannungsabfall über eine solche lange Leitung darf nicht zu einem unerlaubten Absinken der Spannung an der Aus löseeinheit führen. Wenn die Spannung aufgrund einer hohen Leitungsimpedanz zu stark reduziert ist, ist wiederum die mit einer elektromagnetischen Auslöseeinheit erreichbare Auslöse- geschwindigkeit reduziert. Um die Leitungsimpedanz zu redu zieren, werden hierfür häufig Leitungen mit sehr hohem Lei tungsquerschnitt verwendet. Dies ist jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden. In many switchgear systems, there is also a spatial separation between the protective relay (and thus the electrical energy supply for the trip unit) and the trip unit itself. In large overall systems, especially in high-voltage applications in the range of 52 kV or more, there is often a spatial concentration of all control and supply components on the one hand (for example in an air-conditioned environment) and the switching devices controlled with them on the other. Such a spatial separation can, for example, be due to the high requirements for electrical insulation in a free-field system. With such an arrangement, the distance between the Energiever supply and the release device can easily be several 100 m. Accordingly, there are very long lengths for the electrical lines between the power supply and the release device. The voltage drop over such a long line caused by the electrical losses must not lead to an unauthorized drop in the voltage at the trip unit. If the tension is due to high Line impedance is reduced too much, the tripping speed that can be achieved with an electromagnetic tripping unit is in turn reduced. In order to reduce the line impedance, lines with a very large cross-section are often used. However, this is associated with relatively high costs.
Zudem muss die Schaltenergie für alle Auslöser zur Verfügung stehen und sie muss in einem Energiespeicher wie z.B. in ei ner Batterie vorgehalten werden. In größeren Umspannstationen bzw. Anlagen können mehrere 10 solcher Auslöser verbaut sein, was zu sehr großen Energiespeichern mit entsprechendem Platz bedarf führt, was ebenfalls mit hohen Kosten verbunden ist. In addition, the switching energy must be available for all releases and it must be stored in an energy store such as be kept in a battery. In larger substations or systems, several 10 such triggers can be installed, which leads to very large energy storage devices with corresponding space requirements, which is also associated with high costs.
Insgesamt existiert ein Bedarf für eine Auslösevorrichtung einer elektrischen Schalteinrichtung, welche die oben be schriebenen Anforderungen an Geschwindigkeit, Hub und Kraft erfüllt und gleichzeitig einen möglichst niedrigen Wert für die elektrische Spitzenleistung erreicht. Overall, there is a need for a triggering device for an electrical switching device which meets the requirements for speed, stroke and force described above and at the same time achieves the lowest possible value for the electrical peak power.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Auslösevorrichtung für eine elektrische Schalteinrichtung anzugeben, welche die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine Auslö sevorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche im Ver gleich zum beschriebenen Stand der Technik mit einer redu zierten Spitzenleistung betrieben werden kann. Hierzu sollte die für die Schaltauslösung benötigte mechanische Energie möglichst effizient aus der elektrischen Energieversorgung umgesetzt werden. Der Leistungsbezug sollte außerdem mög lichst gleichmäßig über die Dauer des Auslösevorgangs ver teilt sein, um die Spitzenleistung niedrig zu halten. Eine weitere Aufgabe ist es, eine elektrische Schalteinrichtung mit einer solchen Auslösevorrichtung anzugeben. The object of the invention is therefore to specify a triggering device for an electrical switching device which overcomes the disadvantages mentioned. In particular, a triggering device is to be made available which can be operated with a reduced peak power compared to the described prior art. For this purpose, the mechanical energy required for triggering the switch should be converted as efficiently as possible from the electrical energy supply. The power consumption should also be distributed as evenly as possible over the duration of the release process in order to keep the peak power low. Another object is to specify an electrical switching device with such a release device.
Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Auslösevorrichtung und die in Anspruch 13 beschriebene elekt rische Schalteinrichtung gelöst. Die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung ist als Auslösevor richtung für eine elektrische Schalteinrichtung ausgelegt.These objects are achieved by the release device described in claim 1 and the electric switching device described in claim 13. The triggering device according to the invention is designed as a Auslösevor direction for an electrical switching device.
Sie umfasst einen Aktor, eine zu dem Aktor mechanisch in Se rie geschaltete hydraulische Übersetzungseinheit sowie ein zu der hydraulischen Übersetzungseinheit mechanisch in Serie ge schaltetes Seilsystem. Dabei wirkt das Seilsystem als mecha nische Übersetzungseinheit für die hydraulische Übersetzungs einheit. Weiterhin umfasst die Auslösevorrichtung einen mit tels des Seilsystems bewegbaren Auslösekörper zur Auslösung eines Schaltvorgangs in der Schalteinrichtung. It comprises an actuator, a hydraulic transmission unit that is mechanically connected in series with the actuator and a cable system that is mechanically connected in series with the hydraulic transmission unit. The cable system acts as a mechanical transmission unit for the hydraulic transmission unit. Furthermore, the triggering device comprises a triggering body that can be moved by means of the cable system for triggering a switching process in the switching device.
Unter dem Begriff „mechanisch in Serie geschaltet" soll hier allgemein verstanden werden, dass der Aktor mit einer An triebsseite der hydraulischen Übersetzungseinheit kraftüber tragend verbunden ist. Das Seilsystem soll also insbesondere mit der dem Aktor gegenüberliegenden Seite (also der Ab triebsseite) der hydraulischen Übersetzungseinheit kraftüber tragend verbunden sein. Die hydraulische Übersetzungseinheit bildet also nach dem Aktor die erste Übersetzungsstufe, und das Seilsystem bildet eine nachgelagerte zweite Übersetzungs stufe. Durch diese beiden Stufen ergibt sich ein Gesamt- Übersetzungsverhältnis, welches aus den einzelnen Überset zungsverhältnissen der hydraulischen Übersetzungseinheit und des Seilsystems multiplikativ zusammengesetzt ist. Das Seil system wiederum ist auf seiner Antriebsseite mit der hydrau lischen Übersetzungseinheit mechanisch gekoppelt und auf sei ner Abtriebsseite mit dem bewegbaren Auslösekörper verbunden. Bei diesem Auslösekörper kann es sich beispielsweise allge mein um einen Translationskörper oder aber auch um einen Ro tationskörper handeln. Wesentlich im Zusammenhang mit der Er findung ist nur, dass dieser Auslösekörper zur Auslösung ei nes Schaltvorgangs in der Schalteinrichtung verwendet werden kann. Beispielsweise kann dieser Auslösekörper eine Transla tionsbewegung ausführen, durch welche eine nachgelagerte Ver klinkung der Schalteinrichtung gelöst wird. Der beschriebene Schaltvorgang in der Schalteinrichtung kann allgemein entwe der ein Öffnen oder ein Schließen des Schalters sein. Das Seilsystem ist insbesondere ein mechanisches Überset zungssystem mit einem Seil als bewegungsübertragendes Bauele ment. Dabei liegt die Antriebsseite im Bereich eines ersten Seilendes und die Abtriebsseite liegt im Bereich eines zwei ten . The term "mechanically connected in series" is to be understood here generally as meaning that the actuator is connected to a drive side of the hydraulic transmission unit in a force-transmitting manner. The cable system should therefore in particular with the side opposite the actuator (i.e. the output side) of the hydraulic transmission unit The hydraulic transmission unit thus forms the first transmission stage after the actuator, and the cable system forms a downstream second transmission stage. These two stages result in an overall transmission ratio, which is made up of the individual transmission ratios of the hydraulic transmission unit and the cable system The cable system in turn is mechanically coupled to the hydraulic transmission unit on its drive side and connected to the movable release body on its output side Generally speaking, a translational body or a rotary body. It is only essential in connection with the invention that this release body can be used to trigger a switching process in the switching device. For example, this release body can perform a translation movement through which a downstream Ver latching of the switching device is released. The described switching process in the switching device can generally be either opening or closing of the switch. The cable system is, in particular, a mechanical transmission system with a cable as the motion-transmitting component. The drive side is in the area of a first cable end and the output side is in the area of a second.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Auslösevor richtung liegt darin, dass die Anordnung mit zwei hinterei nander geschalteten Übersetzungseinheiten es ermöglicht, einen relativ großen Hub des Auslösekörpers zu erzielen, selbst wenn der verwendete Aktor selbst nur einen vergleichs weise niedrigen Hub erzeugen kann. Auf diese Weise kann ins besondere auch bei Verwendung eines Festkörperaktors mit einem kleinen Eingangshub ein für die Schaltauslösung nötiger Ausgangshub von insbesondere mehreren Millimetern erzeugt werden . A major advantage of the Auslösevor device according to the invention is that the arrangement with two translation units connected in series makes it possible to achieve a relatively large stroke of the release body, even if the actuator used itself can only generate a comparatively low stroke. In this way, especially when using a solid-state actuator with a small input stroke, an output stroke of in particular several millimeters that is necessary for triggering the switch can be generated.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass dieser ver gleichsweise große Hub auch bei kurzen Auslösezeiten von ins besondere nur wenigen Millisekunden erreicht werden kann.Another advantage can be seen in the fact that this comparatively large stroke can also be achieved with short triggering times of, in particular, only a few milliseconds.
Dies ist vor allem durch die hohe Steifigkeit des gesamten Übersetzungssystems gegeben. This is mainly due to the high rigidity of the entire transmission system.
Zum einen kann die hydraulische Übersetzungseinheit relativ leicht mit einer hohen Steifigkeit ausgelegt werden. Dies kann insbesondere durch die Verwendung eines vergleichsweise niedrigen Arbeitsvolumens der Hydraulikflüssigkeit, durch eine möglichst geringe Leckage, durch Kammerwände mit gerin ger seitlicher Verformbarkeit und/oder durch die Verwendung von Kolben als Hubelementen erreicht werden. Allgemein eignen sich hydraulische Übersetzungseinheiten besonders gut für eine Hubübersetzung mit hoher Dynamik. Im vorliegenden Zusam menhang soll unter einer „hohen Dynamik" der Übersetzungsein heit allgemein ein schnelles zeitliches Ansprechverhalten verstanden werden. Mit anderen Worten soll eine „hohe Dyna mik" bedeuten, dass eine kurze, schnelle Bewegung auf der An triebsseite mit geringem Zeitversatz und geringer zeitlicher Dehnung in eine entsprechend kurze, schnelle Bewegung auf der Abtriebsseite übersetzt wird. On the one hand, the hydraulic transmission unit can be designed relatively easily with a high degree of rigidity. This can be achieved in particular through the use of a comparatively low working volume of the hydraulic fluid, through the least possible leakage, through chamber walls with little lateral deformability and / or through the use of pistons as lifting elements. In general, hydraulic transmission units are particularly suitable for a stroke transmission with high dynamics. In the present context, “high dynamics” of the transmission unit should generally be understood to mean a quick response behavior over time. In other words, “high dynamics” should mean that a short, fast movement on the drive side with a small time offset and less time Expansion is translated into a correspondingly short, fast movement on the output side.
Neben der hydraulischen Übersetzungseinheit kann auch das in Serie geschaltete Seilsystem relativ leicht mit einer ho hen mechanischen Steifigkeit und einer entsprechend hohen Dy namik realisiert werden. Vor allem bei der Wahl von Seilmate rialien mit geringer Elastizität und hoher Zugfestigkeit kann bei einem solchen Seilsystem relativ leicht eine hohe Stei figkeit bei gleichzeitig relativ geringer Masse der bewegten Teile erreicht werden. In addition to the hydraulic transmission unit, the cable system connected in series can also be implemented relatively easily with high mechanical rigidity and correspondingly high dynamics. Especially when choosing rope materials with low elasticity and high tensile strength, a high stiffness can be achieved relatively easily with a relatively low mass of the moving parts in such a rope system.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der große Hub und die hohe Dynamik bei einer vergleichsweise geringen Spit zenleistung erreicht werden können. Dies wird insbesondere dadurch möglich, dass sowohl die Erzeugung des Hubs im Aktor als auch die Hubübersetzung in den beiden Übersetzungsstufen vergleichsweise energieeffizient erfolgen kann. Insbesondere bei Verwendung eines Festkörperaktors treten bei der Erzeu gung des Primär-Hubs relativ geringe Verluste auf. Auch die hydraulische Übersetzungseinheit kann leicht mit geringen Energieverlusten betrieben werden, vor allem wenn das Ar beitsvolumen und somit die bewegte Masse der Hydraulikflüs sigkeit geringgehalten werden können. Auch das Seilsystem kann leicht mit geringen Energieverlusten betrieben werden, vor allem wenn das Seil eine geringe elastische Verformbar keit aufweist. Another advantage is that the large stroke and high dynamics can be achieved with a comparatively low peak performance. This is made possible in particular by the fact that both the generation of the stroke in the actuator and the stroke ratio in the two ratio stages can take place in a comparatively energy-efficient manner. In particular, when using a solid-state actuator, relatively low losses occur when generating the primary stroke. The hydraulic translation unit can also be operated easily with low energy losses, especially if the working volume and thus the moving mass of the hydraulic fluid can be kept low. The cable system can also easily be operated with low energy losses, especially if the cable has a low elastic deformability.
Zusammenfassend können also mit der erfindungsgemäßen Auslö sevorrichtung die Anforderungen an die Höhe des Hubs und an die Auslösegeschwindigkeit zum Auslösen eines Schaltvorgangs realisiert werden, wobei gleichzeitig insgesamt eine energie effiziente Umsetzung erfolgt. Dies kann insbesondere eine ef fiziente Umsetzung einer für den Betrieb des Aktors einge setzten elektrischen Energie in eine mechanische Bewegungs energie des Auslösekörper sein. Außerdem kann die Umsetzung auch leistungseffizient erfolgen. Die erfindungsgemäße elektrische Schalteinrichtung weist eine erfindungsgemäße Auslösevorrichtung auf. Die Vorteile der er- findungsgemäßen Schalteinrichtung ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Auslöse vorrichtung . In summary, with the triggering device according to the invention, the requirements for the height of the stroke and the triggering speed for triggering a switching process can be implemented, with an energy-efficient implementation taking place at the same time. This can in particular be an efficient conversion of electrical energy used to operate the actuator into mechanical movement energy of the release body. In addition, the implementation can also be performed efficiently. The electrical switching device according to the invention has a triggering device according to the invention. The advantages of the switching device according to the invention result analogously to the advantages of the triggering device according to the invention described above.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 13 abhängigen An sprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei kön nen die beschriebenen Ausgestaltungen der Auslösevorrichtung und der elektrischen Schalteinrichtung allgemein vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the claims dependent on claims 1 and 13 and the following description. The described configurations of the release device and the electrical switching device can generally be advantageously combined with one another.
So kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform das Seil system als Flaschenzugsystem ausgelegt sein. Ein solches Fla schenzugsystem kann insbesondere ein bewegungsübertragendes Seil und eine Mehrzahl von Umlenkrollen aufweisen. Ein Vor teil dieser Ausführungsform ist, dass auf diese Weise relativ einfach ein gewünschtes Wegübersetzungsverhältnis eingestellt werden kann. Insbesondere kann das Übersetzungsverhältnis durch die Wahl der Anzahl der Umlenkrollen beeinflusst wer den. Gleichzeitig kann durch die Wahl eines Seils mit einer geringen Elastizität und einer hohen Zugfestigkeit eine me chanische Übersetzungseinheit mit hoher Steifigkeit und ge ringer Masse zur Verfügung gestellt werden. Thus, according to an advantageous embodiment, the rope system can be designed as a pulley system. Such a Fla schenzugsystem can in particular have a motion-transmitting rope and a plurality of pulleys. One advantage of this embodiment is that in this way a desired path transmission ratio can be set relatively easily. In particular, the transmission ratio can be influenced by the choice of the number of pulleys. At the same time, by choosing a rope with low elasticity and high tensile strength, a mechanical transmission unit with high rigidity and low mass can be made available.
Bei einem solchen Flaschenzugsystem kann die Anzahl n der Um lenkrollen vorteilhaft wenigstens 2 sein, besonders vorteil haft wenigstens 4 sein und insbesondere zwischen 2 und 20 liegen. Diese Rollen können insbesondere gruppenweise zu ein zelnen Blöcken zusammengefasst sein, wobei die Rollen eines gemeinsamen Blocks jeweils an einem gemeinsamen Tragkörper fixiert sind. Insbesondere können insgesamt zwei solche ge genüberliegende Blöcke mit jeweils einer Mehrzahl von Rollen vorgesehen sein. Der Umlaufwinkel des Seils über die Rollen der beiden Blöcke kann vorteilhaft bei etwa 180° liegen. Mit anderen Worten wird dann im Wesentlichen die Hälfte einer je den Rolle von dem Seil umlaufen. Zusätzlich zu den beschriebenen beiden Blöcken von Rollen kann das Flaschenzugsystem auch eine weitere seitliche Um lenkrolle aufweisen, bei der der Umlaufwinkel des Seils in Abhängigkeit von der Stellposition variabel ist. Dieser vari able Umlaufwinkel kann dabei insbesondere im Bereich zwischen 90° und 180° liegen. Die Variation des Umlaufwinkels ist da bei durch die Bewegung eines mit dem Seil fest verbundenen Abtriebskörpers des Seilsystems bedingt, also beispielsweise durch die Bewegung eines Stößels. Es kann sich also insbeson dere um eine abtriebsseitige seitliche Umlenkrolle handeln. In such a pulley system, the number n of swivel castors can advantageously be at least 2, particularly advantageously at least 4, and in particular between 2 and 20. In particular, these roles can be combined in groups to form individual blocks, with the roles of a common block each being fixed to a common support body. In particular, a total of two such opposite blocks can be provided, each with a plurality of roles. The angle of rotation of the rope over the rollers of the two blocks can advantageously be around 180 °. In other words, then essentially half of each roller is rotated by the rope. In addition to the two blocks of pulleys described, the pulley system can also have a further lateral swivel pulley in which the angle of rotation of the rope is variable depending on the set position. This variable angle of rotation can in particular be in the range between 90 ° and 180 °. The variation in the rotation angle is caused by the movement of an output body of the cable system that is firmly connected to the cable, that is, for example, by the movement of a ram. It can therefore in particular be a side pulley on the output side.
Allgemein und unabhängig von der genauen Ausführungsform und Anzahl der Umlenkrollen kann es sich bei dem Flaschenzugsys tem grundsätzlich um einen Faktorenflaschenzug, einen Potenz flaschenzug und/oder um einen Differentialflaschenzug han deln . In general, and regardless of the exact embodiment and number of pulleys, the pulley system can basically be a factor pulley block, a power pulley block and / or a differential pulley block.
Allgemein vorteilhaft kann das Seilsystem ein Übersetzungs verhältnis von weniger als 1 aufweisen. Mit diesem Überset zungsverhältnis wird eine Bewegung eines Antriebskörpers des Seilsystems auf eine Bewegung eines Abtriebskörpers des Seil systems übertragen. Bei einem Übersetzungsverhältnis unter halb von 1 ist der Hub auf der Abtriebsseite größer als der Hub auf der Antriebsseite. Unter dem hier genannten Überset zungsverhältnis soll also allgemein das Verhältnis vom Hub auf der Antriebsseite zum Hub auf der Abtriebsseite der je weiligen Übersetzungsvorrichtung verstanden werden. Bei einem größer werdenden Hub ist dieses Übersetzungsverhältnis ent sprechend kleiner als 1. Besonders bevorzugt weist das Seil system ein Übersetzungsverhältnis von 1:2 oder weniger auf. Mit einem Übersetzungsverhältnis unterhalb von 1:2 wird also eine noch höhere als die 2fache Hubvergrößerung erhalten. Mit anderen Worten ist dann der Hub auf der Abtriebsseite im Ver hältnis zum Hub auf der Antriebsseite des Seilsystems zumin dest verdoppelt. Hierdurch wird in der zweiten Übersetzungs stufe der Auslösevorrichtung also ein signifikante (weitere) Hubübersetzung erreicht. Somit kann für die Auslösevorrich- tung als Ganzes ein ausreichend hoher Hub des Auslösekörpers erzielt werden, welcher zum Auslösen des Schaltvorgangs aus reichend ist. Dies kann insbesondere auch für Aktoren mit vergleichsweise geringem Primärhub erreicht werden. Generally advantageous, the cable system can have a transmission ratio of less than 1. With this transmission ratio, a movement of a drive body of the cable system is transferred to a movement of an output body of the cable system. With a transmission ratio below half of 1, the stroke on the output side is greater than the stroke on the drive side. The transmission ratio mentioned here should therefore generally be understood to mean the ratio of the stroke on the drive side to the stroke on the output side of the respective transmission device. As the stroke increases, this transmission ratio is correspondingly smaller than 1. The cable system particularly preferably has a transmission ratio of 1: 2 or less. With a transmission ratio below 1: 2, an even higher stroke increase than twice the stroke is obtained. In other words, the stroke on the output side is at least doubled in relation to the stroke on the drive side of the cable system. As a result, a significant (further) stroke translation is achieved in the second translation stage of the release device. Thus, for the release device As a whole, a sufficiently high stroke of the release body can be achieved, which is sufficient to trigger the switching process. This can also be achieved in particular for actuators with a comparatively small primary stroke.
Mit einem Seilsystem kann vorteilhaft ein Übersetzungsver hältnis in einem allgemein vorteilhaften Bereich zwischen 1:2 und 1:50 leicht realisiert werden. Ein Übersetzungsverhältnis in einem vorteilhaften Bereich zwischen 1:2 und 1:20 kann da bei mit einem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand realisiert werden. With a cable system, a transmission ratio in a generally advantageous range between 1: 2 and 1:50 can advantageously be easily achieved. A transmission ratio in an advantageous range between 1: 2 and 1:20 can be realized with a comparatively low expenditure on equipment.
Allgemein vorteilhaft und unabhängig von der genauen Ausge staltung des Seilsystems können in der Auslösevorrichtung die hydraulische Übersetzungseinheit und das Seilsystem zusammen eine Gesamtübersetzung von höchstens 1:4 aufweisen. Mit ande ren Worten können beide Übersetzungsstufen derart Zusammen wirken, dass für den Auslösekörper ein im Verhältnis zum Hub des Aktors ein zumindest vervierfachter Hub erreicht wird. Besonders bevorzugt kann dieses Gesamt-Übersetzungsverhältnis bei höchstens 1:10, insbesondere höchstens 1:20, weiterhin besonders bevorzugt höchstens 1:50 und insbesondere sogar bei höchstens 1:100 liegen. Derart hohe Gesamt-Übersetzungen er möglichen es, auch mit Primär-Aktoren mit nur sehr geringem Hub (wie beispielsweise Piezo-Aktoren) einen ausreichend ho hen Hub des Auslösekörpers zu erreichen. Generally advantageous and independent of the exact design of the cable system, the hydraulic transmission unit and the cable system together can have a total transmission of at most 1: 4 in the release device. In other words, both transmission stages can work together in such a way that a stroke that is at least four times greater than the stroke of the actuator is achieved for the release body. This overall transmission ratio can particularly preferably be at most 1:10, in particular at most 1:20, further particularly preferably at most 1:50 and in particular even at most 1: 100. Such high overall translations make it possible to achieve a sufficiently high stroke of the release body even with primary actuators with only a very small stroke (such as piezo actuators).
So kann der Auslösekörper allgemein vorteilhaft einen Hub von wenigstens 2 mm und insbesondere wenigstens 3 mm aufweisen. Mit anderen Worten kann der Auslösekörper durch den Primär- Hub des Aktors und die hub-vervielfältigende Wirkung der bei den Übersetzungsstufen um wenigstens diesen Hub bewegt wer den. Ein Hub des Auslösekörpers in diesem Bereich ist beson ders geeignet, um eine Verklinkung in einer Schalteinrichtung zu lösen und somit den gewünschten Schaltvorgang auszulösen. Der Hub des Auslösekörpers kann beispielsweise hierzu in einem Bereich zwischen 2 mm und 6 mm liegen. Allgemein vorteilhaft kann der Auslösekörper ein länglich ge formter Stößel sein. Ein solcher Stößel kann insbesondere mit im Wesentlichen nur einem translatorischen Freiheitsgrad be weglich gelagert sein. Für eine solche eindimensional beweg liche Lagerung kann insbesondere eine Gleitbuchse zum Einsatz kommen. Mit anderen Worten wirkt der Stößel dann als Transla tionskörper, über dessen translatorische Bewegung der Schalt vorgang ausgelöst werden kann. Die Bewegung des Seils wird dann also auf eine eindimensionale Bewegung dieses Translati onskörpers übertragen. Thus, the release body can generally advantageously have a stroke of at least 2 mm and in particular at least 3 mm. In other words, the release body can be moved by at least this stroke in the translation stages through the primary stroke of the actuator and the stroke-multiplying effect. A stroke of the release body in this area is particularly suitable to release a latch in a switching device and thus trigger the desired switching process. The stroke of the release body can, for example, be in a range between 2 mm and 6 mm. In general, the release body can advantageously be an elongate shaped plunger. Such a plunger can in particular be movably supported with essentially only one translational degree of freedom. In particular, a sliding bushing can be used for such a one-dimensionally movable mounting. In other words, the plunger then acts as a translation body, the translational movement of which can trigger the switching process. The movement of the rope is then transferred to a one-dimensional movement of this translati onskörpers.
Alternativ zu der Ausführungsform mit einem Translationskör per kann der Auslösekörper aber auch ein Rotationskörper sein. Mit anderen Worten kann die translatorische Bewegung durch die Übersetzungseinheit auch in eine Drehbewegung eines Rotationskörpers umgesetzt werden, wodurch dann insbesondere eine Arretierungsvorrichtung einer Schalteinrichtung gelöst wird. Eine solche Umsetzung ein eine Drehbewegung kann bei spielsweise durch eine Verbindung mit einer Rolle erfolgen. As an alternative to the embodiment with a translation body, the release body can also be a rotation body. In other words, the translational movement can also be converted into a rotary movement of a rotary body by the translation unit, whereby a locking device of a switching device is then released in particular. Such an implementation of a rotary movement can take place, for example, through a connection with a roller.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der hydraulischen Übersetzungseinheit kann diese ein Antriebselement und ein Abtriebselement aufweisen. Sie kann insbesondere dazu ausge bildet sein, eine Bewegung des Antriebselements mit einem We gübersetzungsverhältnis von kleiner 1 auf das Abtriebselement zu übertragen. Mit anderen Worten soll also auch durch die hydraulische Übersetzungseinheit eine Vergrößerung des Hubs erfolgen. Besonders vorteilhaft kann das Übersetzungsverhält nis der Hydraulikeinheit höchstens 1:2 und insbesondere 1:10, ganz besonders vorteilhaft sogar höchstens 1:20 oder sogar höchstens 1:50 sein. So kann also bereits in der ersten Stufe der gesamten Auslösevorrichtung eine entsprechende Vergröße rung des Hubs erreicht werden, wobei dieser Hub der Hydrauli keinheit dann noch einmal durch das beschriebene vorteilhafte Übersetzungsverhältnis des Seilsystems weiter vergrößert wird . Gemäß einer allgemein vorteilhaften Ausführungsform der hyd raulischen Übersetzungseinheit ist diese mit einer Hydraulik flüssigkeit befüllbar. Sie weist insbesondere eine erste und eine zweite Kammer auf, welche hydraulisch miteinander ver bunden sind und von denen eine als Antriebskammer und die an dere als Abtriebskammer ausgebildet ist. Hierbei können An triebskammer und Abtriebskammer allgemein entweder durch eine Leitung fluidisch verbunden sein oder aber auch als Teilbe reiche eines übergeordneten Kammervolumens direkt ineinander übergehen. Dieser Grundaufbau der hydraulischen Übersetzungs einheit ist beispielsweise aus den Offenlegungsschriften DE 102016213654 Al und DE 102013219759 Al bekannt. According to an advantageous embodiment of the hydraulic transmission unit, it can have a drive element and an output element. It can in particular be designed to transmit a movement of the drive element with a transmission ratio of less than 1 to the output element. In other words, the hydraulic translation unit should also increase the stroke. The transmission ratio of the hydraulic unit can particularly advantageously be at most 1: 2 and in particular 1:10, very particularly advantageously even at most 1:20 or even at most 1:50. In this way, a corresponding increase in the stroke can be achieved in the first stage of the entire release device, this stroke of the hydraulic unit then being further increased again by the advantageous transmission ratio of the cable system described. According to a generally advantageous embodiment of the hydraulic transmission unit, it can be filled with a hydraulic fluid. In particular, it has a first and a second chamber, which are hydraulically connected to one another and of which one is designed as a drive chamber and the other is designed as an output chamber. In this case, the drive chamber and output chamber can generally either be fluidically connected by a line or also merge directly into one another as partial areas of a higher-level chamber volume. This basic structure of the hydraulic translation unit is known for example from the laid-open documents DE 102016213654 A1 and DE 102013219759 A1.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der hydrau lischen Übersetzungseinheit kann zumindest in der ersten Kam mer (als entweder in der Antriebskammer und/oder in der Ab triebskammer) ein Kolben entlang einer Kolbenachse beweglich angeordnet sein. Dabei kann dieser Kolben die erste Kammer in eine volumenmäßig variable Arbeitskammer und eine Rückseiten kammer trennen, wobei die Rückseitenkammer zumindest teilwei se durch ein Balgelement mit variabler axialer Länge begrenzt ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Hydraulikein heit weder um ein reines Kolbensystem, noch um ein reines Balgsystem, sondern um ein gemischtes Kolben-Balg-System, bei denen beide Typen von Begrenzungselementen zumindest in einer der beiden Kammern nebeneinander vorliegen. Insbesondere kön nen sogar beide Kammern (Antriebskammer und Abtriebskammer) als ein derartiges gemischtes Kolben-Balg-System realisiert sein. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen eines solchen gemischten Kolben-Balg-Systems werden in der von der Siemens AG und der MetisMotion GmbH am selben Anmeldetag eingereich ten internationalen Anmeldung mit dem Titel „Hydraulische Übersetzungseinheit für eine Aktoreinrichtung" näher be schrieben, welche daher in den Offenbarungsgehalt der vorlie genden Anmeldung mit einbezogen sein soll. Alternativ kann die hydraulische Übersetzungseinheit aber auch als reines Kolbensystem oder auch als reines Balgsystem realisiert sein, wie sie ebenfalls in der oben zitierten parallel eingereich ten Anmeldung näher beschrieben sind. According to a particularly preferred embodiment of the hydraulic transmission unit, a piston can be arranged movably along a piston axis at least in the first chamber (as either in the drive chamber and / or in the drive chamber). This piston can separate the first chamber into a volume-variable working chamber and a rear chamber, the rear chamber being at least partially limited by a bellows element with a variable axial length. In other words, the hydraulic unit is neither a pure piston system nor a pure bellows system, but a mixed piston-bellows system in which both types of limiting elements are present next to one another in at least one of the two chambers. In particular, both chambers (drive chamber and output chamber) can even be implemented as such a mixed piston-bellows system. Particularly advantageous embodiments of such a mixed piston-bellows system are described in more detail in the international application filed by Siemens AG and MetisMotion GmbH on the same filing date with the title "Hydraulic translation unit for an actuator device", which is therefore included in the disclosure content of the present Alternatively, the hydraulic transmission unit can also be implemented as a pure piston system or as a pure bellows system, as they are also described in more detail in the above-cited application filed in parallel.
Allgemein vorteilhaft und unabhängig von der genauen Ausge staltung der hydraulischen Übersetzungseinheit kann diese eine Vorratskammer für die Hydraulikflüssigkeit aufweisen. Eine solche Vorratskammer kann insbesondere mit der oben be schriebenen Rückseitenkammer fluidisch verbunden oder ver bindbar sein. Sie kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn eine Bewegung des Kolbens für die Rückseitenkammer nicht vollständig volumenneutral ist. Eine kleine Volumenänderung der Rückseitenkammer kann somit durch eine fluidische Ankopp lung an die Vorratskammer vorteilhaft ausgeglichen werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Ankopplung an eine Vor ratskammer aber auch nützlich sein, um eine durch eine Tempe raturänderung verursachte Volumenänderung an Hydraulikflüs sigkeit auszugleichen. Bei einer besonders bevorzugten Vari ante dieser Ausführungsform ist die Vorratskammer druckbeauf- schlagbar. Eine solche Möglichkeit zur Druckbeaufschlagung kann beispielsweise durch ein zusätzliches Balgelement oder einen Kolben im Bereich der Vorratskammer realisiert sein. Hierüber kann die Vorratskammer mit einem Druck beaufschlagt werden, welcher beispielsweise höher oder niedriger sein kann als der Druck in der mit der Vorratskammer fluidisch gekop pelten Rückseitenkammer. So kann beispielsweise mittels eines im Bereich der Vorratskammer vorliegenden Stellelements das gesamte hydraulische System auf einen gewünschten Ausgangs druck vorgespannt werden, wodurch insbesondere eine gewünsch te Ausgangsposition eines auf der Abtriebsseite vorliegenden Abtriebskörpers eingestellt werden kann. Die sich jeweils einstellende Ausgangsposition des Abtriebskörpers hängt dabei von den Steifigkeiten der eingesetzten Balgelemente sowie den auf den Stellkörper und den Abtriebskörper wirkenden Vor spannkräften ab. Generally advantageous and independent of the precise design of the hydraulic transmission unit, it can have a storage chamber for the hydraulic fluid. Such a storage chamber can in particular be fluidically connected or ver connectable to the rear chamber described above. It can be useful in particular when a movement of the piston for the rear chamber is not completely volume-neutral. A small change in volume of the rear chamber can thus be advantageously compensated for by a fluid coupling to the storage chamber. Alternatively or additionally, a coupling to a storage chamber can also be useful in order to compensate for a change in the volume of hydraulic fluid caused by a change in temperature. In a particularly preferred variant of this embodiment, the storage chamber can be pressurized. Such a possibility of applying pressure can be implemented, for example, by an additional bellows element or a piston in the area of the storage chamber. In this way, the storage chamber can be subjected to a pressure which, for example, can be higher or lower than the pressure in the rear side chamber fluidically coupled to the storage chamber. For example, the entire hydraulic system can be preloaded to a desired output pressure by means of an actuating element in the area of the storage chamber, whereby a desired starting position of an output body on the output side can be set. The starting position of the output body that is established in each case depends on the rigidity of the bellows elements used and the tension forces acting on the actuating body and the output body.
Allgemein kann die hydraulische Übersetzungseinheit mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt sein. Bei dieser Ausführungsform ist also die Hydraulikflüssigkeit bereits Teil der Überset- zungseinheit. Zur Realisierung der Erfindung reicht es aller dings grundsätzlich aus, wenn die Übersetzungseinheit ein zur Befüllung mit der Hydraulikflüssigkeit geeignetes Kammersys tem aufweist. Eine geeignete Hydraulikflüssigkeit ist bei spielsweise ein Silikonöl, ein Glykol oder aber auch ein Flüssigmetall. Wenn die Übersetzungseinheit mit der Hydrau likflüssigkeit befüllt ist, findet sich diese sowohl in der Antriebskammer als auch in der Abtriebskammer (und dabei ge gebenenfalls jeweils sowohl in der Arbeitskammer als auch in der Rückseitenkammer) und zusätzlich in einer oder mehreren optional vorhandenen Verbindungsleitungen und/oder Vorrats kammern. Allgemein können Antriebskammer und Abtriebskammer entweder durch eine Leitung fluidisch verbunden sein oder aber auch als Teilbereiche eines übergeordneten Kammervolu mens direkt ineinander übergehen. In general, the hydraulic transmission unit can be filled with a hydraulic fluid. In this embodiment, the hydraulic fluid is already part of the translation unit. In order to implement the invention, however, it is basically sufficient if the transmission unit has a chamber system suitable for filling with the hydraulic fluid. A suitable hydraulic fluid is, for example, a silicone oil, a glycol or a liquid metal. When the transmission unit is filled with the hydraulic fluid, it is found both in the drive chamber and in the output chamber (and, if necessary, in the working chamber as well as in the rear chamber) and additionally in one or more optionally available connecting lines and / or Pantries. In general, the drive chamber and the output chamber can either be fluidically connected by a line or also merge directly into one another as subregions of a higher-level chamber volume.
Allgemein vorteilhaft kann das gesamte Arbeitsvolumen der hydraulischen Übersetzungseinheit 1 ml oder weniger betragen. Insbesondere kann das Arbeitsvolumen im Bereich unterhalb von 0,5 ml oder sogar unterhalb von 0,1 ml und insbesondere zwi schen 0,01 ml und 0,5 ml beziehungsweise zwischen 0,01 ml und 0,1 ml liegen. Mit einem derart niedrigen Arbeitsvolumen kann besonders leicht eine Übersetzungseinheit mit einer hohen Steifigkeit und/oder hohen Dynamik realisiert werden. Generally advantageously, the total working volume of the hydraulic transmission unit can be 1 ml or less. In particular, the working volume can be in the range below 0.5 ml or even below 0.1 ml and in particular between 0.01 ml and 0.5 ml or between 0.01 ml and 0.1 ml. With such a low working volume, a translation unit with high rigidity and / or high dynamics can be implemented particularly easily.
Allgemein vorteilhaft kann die Auslösevorrichtung wenigstens zwei mechanisch parallel geschaltete Teilsysteme aufweisen. Dabei kann jedes der Teilsysteme einen Aktor, eine zu dem Ak tor mechanisch in Serie geschaltete hydraulische Überset zungseinheit und ein zu der hydraulischen Übersetzungseinheit mechanisch in Serie geschaltetes Seilsystem aufweisen. Insbe sondere können dabei die beiden Seilsysteme mechanisch an einen gemeinsamen, übergeordneten Auslösekörper gekoppelt sein, so dass eine gleichzeitige Ansteuerung der beiden Akto ren zu einer gemeinsam bewirkten Bewegung des übergeordneten Auslösekörpers mittels der beiden hydraulischen Übersetzungs einheiten und der beiden Seilsysteme führt. Durch eine derartige Verdoppelung der Aktoren, der hydrauli schen Übersetzungseinheiten und der Seilsysteme und durch ih re mechanische Parallelschaltung kann insbesondere bewirkt werden, dass für die Bewegung des Auslösekörpers eine ent sprechend höhere Energie zur Verfügung steht. Besonders vor teilhaft ist eine symmetrische, gleichartige Ausgestaltung der beiden Teilsysteme, wodurch etwa eine Verdoppelung der zur Verfügung stehenden Energie erreicht werden kann. Insbe sondere bei einer spiegelsymmetrischen Anordnung der Teilsys teme kann dabei vorteilhaft eine annähernde Verdoppelung der Energie bei einer geraden, flüssigen Bewegung des Auslösekör pers erreicht werden, da Verkantungen vorteilhaft vermieden werden. Allgemein besonders vorteilhaft können die beiden Teilsysteme in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Generally advantageously, the release device can have at least two subsystems that are mechanically connected in parallel. Each of the subsystems can have an actuator, a hydraulic transmission unit connected mechanically in series with the actuator and a cable system mechanically connected in series with the hydraulic transmission unit. In particular, the two cable systems can be mechanically coupled to a common, higher-level release body, so that simultaneous control of the two actuators leads to a joint movement of the higher-level release body by means of the two hydraulic transmission units and the two cable systems. Such a doubling of the actuators, the hydraulic translation units and the cable systems and their mechanical parallel connection can in particular cause a correspondingly higher energy to be available for the movement of the release body. Particularly advantageous is a symmetrical, similar design of the two subsystems, which means that the available energy can be doubled. In particular, with a mirror-symmetrical arrangement of the sub-systems, an approximately doubling of the energy can advantageously be achieved with a straight, fluid movement of the Auslösekör pers, since canting is advantageously avoided. In general, the two subsystems can be arranged in a common housing in a particularly advantageous manner.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aktor ein Festkörperaktor. Bei einem solchen Festkörperaktor kommen die beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der nachgeschalteten Übersetzungseinheiten besonders wirksam zum Tragen, da insbesondere der Hub eines Festkörperaktors in der Praxis stark begrenzt ist und zur Leistungsübertragung hohe Steifigkeiten in Abhängigkeit vom Aktortyp vorteilhaft sind. So weist ein Festkörperaktor typischerweise eine hohe Eigenfrequenz und damit eine vorteilhaft hohe Dynamik auf. According to a preferred embodiment, the actuator is a solid-state actuator. With such a solid-state actuator, the described advantages of the inventive design of the downstream transmission units come into play particularly effectively, since in particular the stroke of a solid-state actuator is severely limited in practice and high stiffnesses depending on the actuator type are advantageous for power transmission. A solid-state actuator typically has a high natural frequency and thus advantageously high dynamics.
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante ist der Festkör peraktor ein Piezoaktor. Piezoaktoren haben sich in der Ver gangenheit als besonders vielversprechende Primär-Aktoren er wiesen. Mit ihnen kann eine besonders präzise Bewegung er reicht werden. Ihr Hauptnachteil, nämlich ihr geringer mecha nischer Hub, kann wie beschrieben durch die nachfolgenden Übersetzungseinheiten ausgeglichen werden. Auch bei einer entsprechenden Reduktion der Kraft durch die Übersetzungsstu fen ist die Kraft für die Auslösung des Schaltvorgangs trotz dem ausreichend. According to a particularly preferred variant, the Festkör peraktor is a piezo actuator. Piezo actuators have proven to be particularly promising primary actuators in the past. With them a particularly precise movement can be achieved. Their main disadvantage, namely their low mechanical stroke, can be compensated for by the following translation units, as described. Even with a corresponding reduction in the force through the translation stages, the force for triggering the switching process is still sufficient.
Besonders bevorzugt ist der Piezoaktor der Aktoreinrichtung als Piezostapelaktor ausgebildet. Ein Piezostapelaktor ist eine aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Serien schaltung aus mehreren einzelnen Piezoelementen, welche als Schichtstapel angeordnet sind. Ein solcher Stapelaktor ist besonders vorteilhaft, um auch schon mit dem Piezoaktor eine höhere Bewegungsamplitude zu erreichen als dies mit einem einzelnen Piezoelement möglich wäre. The piezo actuator of the actuator device is particularly preferably designed as a piezo stack actuator. A piezo stack actuator is a series circuit which is basically known from the prior art and consists of several individual piezo elements, which are arranged as a layer stack. Such a stack actuator is particularly advantageous in order to achieve a higher movement amplitude with the piezo actuator than would be possible with a single piezo element.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen Piezoaktor als Fest körperaktor beschränkt. So gelten viele der bekannten Vortei le und Nachteile von Piezoaktoren auch für andere Arten von Festkörperaktoren. Auch für sie kann ein vergleichsweise ge ringer Ausgangs-Hub durch die nachfolgenden Übersetzungsein heiten vergrößert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsvariante ist der genannte Festkörperaktor beispielsweise ein magnetostriktiver Aktor oder ein elektrostriktiver Aktor. Alternativ kann es sich bei dem Festkörperaktor auch um einen Formgedächtnis-Aktor handeln. However, the invention is not limited to a piezo actuator as a solid body actuator. Many of the known advantages and disadvantages of piezo actuators also apply to other types of solid-state actuators. For them, too, a comparatively small output stroke can be increased by the following translation units. According to a preferred embodiment variant, said solid-state actuator is, for example, a magnetostrictive actuator or an electrostrictive actuator. Alternatively, the solid-state actuator can also be a shape memory actuator.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der elektrischen Schalteinrichtung kann diese als Schalteinrichtung für ein Hochspannungsnetz ausgebildet sein. Alternativ oder zusätz lich kann sie auch als Schalteinrichtung für ein Mittelspan nungsnetz ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann sie auch als Schalteinrichtung für ein Niederspannungsnetz ausgebildet sein. Unabhängig von dem vorgesehenen Spannungs bereich kann die Schalteinrichtung allgemein vorteilhaft als Schalteinrichtung für ein Wechselstrom-Netz vorgesehen sein. Alternativ kann sie auch vorteilhaft als Schalteinrichtung für ein Gleichstrom-Netz vorgesehen sein. According to an advantageous embodiment of the electrical switching device, it can be designed as a switching device for a high-voltage network. Alternatively or additionally, it can also be designed as a switching device for a medium voltage network. Alternatively or additionally, it can also be designed as a switching device for a low-voltage network. Regardless of the voltage range provided, the switching device can generally advantageously be provided as a switching device for an alternating current network. Alternatively, it can also be advantageously provided as a switching device for a direct current network.
Gemäß einer allgemein vorteilhaften Ausführungsform kann die elektrische Schalteinrichtung einen feststehenden ersten Schaltkontakt und einen relativ zu diesem beweglichen zweiten Schaltkontakt aufweisen. Dabei kann die Auslösevorrichtung insbesondere dazu ausgebildet sein, die Bewegung des zweiten Schaltkontakts auszulösen. Der dafür typischerweise notwendi ge Hub kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Aus lösevorrichtung auf wirksame Weise erreicht werden. Besonders vorteilhaft kann die elektrische Schalteinrichtung zusätzlich ein Vorspannelement aufweisen, das dazu ausgelegt ist, den zweiten Schaltkontakt relativ zum ersten Schaltkon takt vorzuspannen. Insbesondere kann die Schalteinrichtung weiterhin eine Arretierungsvorrichtung aufweisen, die dazu ausgelegt ist, das Vorspannelement in einem solchen vorge spannten Zustand zu arretieren. Die Auslösevorrichtung kann dann zweckmäßig dazu ausgelegt sein, die Arretierungsvorrich tung zu lösen. According to a generally advantageous embodiment, the electrical switching device can have a stationary first switching contact and a second switching contact that is movable relative to this. In this case, the triggering device can in particular be designed to trigger the movement of the second switching contact. The stroke typically required for this can be achieved in an effective manner by the inventive design of the triggering device. Particularly advantageously, the electrical switching device can additionally have a biasing element which is designed to bias the second switching contact relative to the first switching contact. In particular, the switching device can furthermore have a locking device which is designed to lock the prestressing element in such a prestressed state. The release device can then be appropriately designed to solve the Arretierungsvorrich device.
Das beschriebene Vorspannen des Vorspannelements kann dabei grundsätzlich entweder ein Vorspannen für eine Öffnungsbewe gung oder ein Vorspannen für eine Schließbewegung der Schalt kontakte sein. Durch das Lösen der Arretierungsvorrichtung wird dann also entsprechend entweder die Öffnungsbewegung oder die Schließbewegung ausgelöst. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung als Alternative zu der in der DE 102017207624 Al beschriebenen elektromagnetischen Spu le eingesetzt werden. Sie kann also in der dort beschriebenen Schalteinrichtung eingesetzt werden, um die Verklinkung der mit Zähnen versehenen Kronenräder zu lösen. The described biasing of the biasing element can in principle be either a biasing for an opening movement or a biasing for a closing movement of the switching contacts. By releasing the locking device, either the opening movement or the closing movement is triggered accordingly. For example, the release device according to the invention can be used as an alternative to the electromagnetic Spu described in DE 102017207624 A1. It can therefore be used in the switching device described there in order to release the latching of the crown gears provided with teeth.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen: The invention is described below on the basis of a few preferred exemplary embodiments with reference to the attached drawings, in which:
Figur 1 eine schematische Prinzipdarstellung einer elektri schen Schalteinrichtung mit einer Auslösevorrichtung nach einem ersten Beispiel der Erfindung zeigt,Figure 1 shows a schematic diagram of an electrical switching device with a triggering device according to a first example of the invention,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Figure 2 is a schematic representation of a hydraulic
Übersetzungseinheit zeigt, Translation unit shows
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Seilsystems Figure 3 is a schematic representation of a cable system
zeigt, shows,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines alternativen Figure 4 is a schematic representation of an alternative
Seilsystems zeigt, Rope system shows
Figur 5 das Seilsystem der Figur 4 in einer unterschiedlichen Figure 5 shows the cable system of Figure 4 in a different
Stellposition zeigt, Figur 6 eine schematische Prinzipdarstellung einer Auslöse vorrichtung nach einem zweiten Beispiel der Erfindung zeigt, Position shows Figure 6 shows a schematic diagram of a triggering device according to a second example of the invention,
Figur 7 eine schematische Darstellung der beiden hydrauli Figure 7 is a schematic representation of the two hydrauli
schen Übersetzungseinheiten der Figur 6 zeigt, between translation units of Figure 6 shows,
Figur 8 eine schematische Darstellung der beiden Seilsysteme der Figur 6 zeigt, Figure 8 shows a schematic representation of the two cable systems of Figure 6,
Figur 9 eine schematische Gesamtansicht der hydraulischen Figure 9 is a schematic overall view of the hydraulic
Übersetzungseinheiten und der Seilsysteme der Figur 6 zeigt, Translation units and the cable systems of Figure 6 shows,
Figur 10 den zeitlichen Verlauf der Spannung und der Hübe als Figure 10 shows the time course of the tension and the strokes as
Funktion der Zeit in einem solchen System zeigt und Figur 11 den zeitlichen Verlauf von elektrischer Spannung, Shows the function of time in such a system and FIG. 11 shows the course of electrical voltage over time,
Strom, Leistung und Energie als Funktion der Zeit zeigt . Shows electricity, power and energy as a function of time.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.
In Figur 1 ist eine schematische Prinzipdarstellung einer elektrischen Schalteinrichtung 3 mit einer Auslösevorrichtung 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ge zeigt. Dabei stehen die Verbindungen zwischen den Kästen je weils für eine mechanische Kopplung der einzelnen Elemente. Die Auslösevorrichtung 1 umfasst einen Aktor A, eine zu dem Aktor mechanisch in Serie geschaltete hydraulische Überset zungseinheit H und ein zu der hydraulischen Übersetzungsein heit H mechanisch in Serie geschaltetes Seilsystem M. Dieses Seilsystem M wirkt als mechanische Übersetzungseinheit, wel che als zweite Übersetzungsstufe der hydraulischen Überset zungseinheit H nachgeschaltet ist. Mittels des Seilsystems M ist ein Auslösekörper T bewegbar, mit welchem der eigentliche Schaltvorgang in der Schalteinrichtung 3 ausgelöst werden kann. Das eigentliche Schalten der Schalteinrichtung besteht in einem Öffnen oder Schließen zweier Schaltkontakte S1 und S2 (wie durch die entgegengesetzten Pfeile angedeutet) . Dabei ist der erste dieser Schaltkontakte S1 feststehend angeord- net, und der zweite Schaltkontakt S2 ist relativ zu diesem beweglich angeordnet. In Figure 1 is a schematic diagram of an electrical switching device 3 with a triggering device 1 according to a first embodiment of the invention shows GE. The connections between the boxes each represent a mechanical coupling of the individual elements. The release device 1 comprises an actuator A, a hydraulic transmission unit H connected mechanically in series with the actuator and a cable system M mechanically connected in series with the hydraulic transmission unit H. This cable system M acts as a mechanical transmission unit, wel che as the second transmission stage of the hydraulic Translation unit H is connected downstream. By means of the cable system M, a release body T can be moved, with which the actual switching process in the switching device 3 can be triggered. The actual switching of the switching device consists in opening or closing two switching contacts S1 and S2 (as indicated by the opposite arrows). The first of these switching contacts S1 is fixed net, and the second switching contact S2 is arranged movable relative to this.
Um den Schaltvorgang auszulösen, wirkt der Auslösekörper T auf eine Arretierungsvorrichtung F. Diese Arretierungsvor richtung F kann beispielsweise, wie durch das Piktogramm an gedeutet, zwei durch Formschluss ineinander verhakte Elemente aufweisen, bei denen der Formschluss ihre Relativbewegung zu einander verhindert. Ebenfalls als Teil der Schalteinrichtung 3 ist hier ein Vorspannelement V vorgesehen, durch welches der zweite Schaltkontakt S2 bezüglich einer Öffnungsbewegung oder Schließbewegung vorgespannt ist. Durch ein Lösen des Formschlusses in der Arretierungsvorrichtung F kann mithilfe dieser Vorspannung ein schnelles Öffnen oder Schließen des Schalters erfolgen. Die eigentliche Auslösevorrichtung 1 dient also hier dazu, die Arretierung innerhalb der Arretie rungsvorrichtung F zu lösen. Hierzu kann ein Hub von bei spielsweise mehreren mm nötig sein. Die Auslösevorrichtung 1 ist dazu ausgelegt, diesen Hub mithilfe zweier hintereinander geschalteter Übersetzungseinheiten zu erreichen, nämlich der hydraulischen Übersetzungseinheit H und des Seilsystems M als mechanischer Übersetzungseinheit . To trigger the switching process, the release body T acts on a locking device F. This locking device F can, for example, as indicated by the pictogram, have two elements that are interlocked by a form fit, in which the form fit prevents their relative movement to one another. Also as part of the switching device 3, a biasing element V is provided here, by means of which the second switching contact S2 is biased with respect to an opening movement or a closing movement. By releasing the form fit in the locking device F, the switch can be opened or closed quickly with the aid of this bias. The actual triggering device 1 is used here to release the lock within the locking device F approximately. A stroke of several mm, for example, may be necessary for this. The release device 1 is designed to achieve this stroke with the aid of two transmission units connected in series, namely the hydraulic transmission unit H and the cable system M as a mechanical transmission unit.
Der Primärhub innerhalb der Auslösevorrichtung 1 wird durch einen Aktor A erzeugt, welcher beispielsweise ein Piezoaktor sein kann. Der Hub dieses Aktors A ist mit SA bezeichnet.The primary stroke within the triggering device 1 is generated by an actuator A, which can be a piezo actuator, for example. The stroke of this actuator A is denoted by SA.
Dies ist gleichzeitig derjenige Hub, welcher auf der An triebsseite Ha der nachfolgenden hydraulischen Übersetzungs einheit H wirkt. Das Übersetzungsverhältnis dieser hydrauli schen Übersetzungseinheit ist im vorliegenden Beispiel so ge wählt, dass der Hub auf der Abtriebsseite Hb der hydrauli schen Übersetzungseinheit H im Vergleich zum Primärhub ver größert ist. Der Hub auf der Abtriebsseite ist mit SH be zeichnet. Dies ist gleichzeitig der Hub, welcher auf der An triebsseite Ma des nachfolgenden Seilsystems M wirkt. Die Vergrößerung der Hübe ist hierbei durch einen immer größer werdenden Pfeil verdeutlicht, wobei diese Vergrößerung jedoch nicht maßstabsgetreu ist. Auch die Richtung der Pfeile ist nur beispielhaft zu verstehen. Allgemein kann die Auslösung prinzipiell entweder durch eine Zugbewegung oder durch eine Druckbewegung auf die Arretierungsvorrichtung erfolgen. Auch durch das Übersetzungsverhältnis des nachfolgenden Seilsys tems M wird eine weitere Vergrößerung des Hubs erreicht. So ist der Hub SM auf der Abtriebsseite Mb des Seilsystems M hier um einen weiteren Faktor erhöht. Diese Ausgangshub SM ist gleichzeitig derjenige Hub, welcher bei dem Auslösekörper T der Auslösevorrichtung 1 erreicht wird. This is also the stroke that acts on the drive side Ha of the following hydraulic translation unit H. The transmission ratio of this hydraulic transmission unit is selected in the present example so that the stroke on the output side Hb of the hydraulic transmission unit H is enlarged compared to the primary stroke. The stroke on the output side is labeled SH. This is also the stroke that acts on the drive side Ma of the following cable system M. The enlargement of the strokes is illustrated here by an arrow that becomes larger and larger, although this enlargement is not true to scale. Also the direction of the arrows is to be understood only as an example. In general, the release can in principle take place either by a pulling movement or by a pushing movement on the locking device. A further increase in the stroke is also achieved through the transmission ratio of the following cable system M. The stroke SM on the output side Mb of the cable system M is increased by a further factor here. This output stroke SM is at the same time that stroke which is reached with the release body T of the release device 1.
In den nachfolgenden Figuren wird nun die Wirkungsweise der beiden nacheinander geschalteten Übersetzungseinheiten näher erläutert. So zeigt Figur 2 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Übersetzungseinheit H, wie sie beispiels weise beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 zum Einsatz kommen kann. Diese hydraulische Übersetzungseinheit H ist in Serie zum Aktor A geschaltet. Der Hub SA von der Antriebsseite Ha wird durch das hydraulisch gekoppelte Zusammenspiel zweier Kolben 13a und 13b in einen Hub SH auf der Abtriebsseite Hb übersetzt. Das Übersetzungsverhältnis wird dabei idealisiert durch das Verhältnis der hydraulischen Flächen der beiden zu gehörigen Kolbenkörper bestimmt. Die erste Arbeitskammer 15a bildet einen durch die Kolbenbewegung variierbaren Teilbe reich der Antriebskammer 11a aus, und die zweite Arbeitskam mer 15b bildet einen durch die dortige Kolbenbewegung vari ierbaren Teilbereich der Abtriebskammer 11b aus. Die beiden Arbeitskammern 15a und 15b sind durch eine Hydraulikleitung 16 fluidisch gekoppelt. Die rückseitigen Volumina der beiden Kammern 11a und 11b sind hier gekapselt ausgeführt. Mit ande ren Worten ist jede der beiden Kammern 11a beziehungsweise 11b durch den Kolben in eine Arbeitskammer 15a beziehungswei se 15b und eine Rückseitenkammer 17a beziehungsweise 17b ge trennt. Die beiden Rückseitenkammern sind dabei jeweils flui disch gegen die äußere Umgebung gekapselt. Sie sind jeweils zumindest teilweise durch ein Balgelement 19a beziehungsweise 19b mit variabler axialer Länge begrenzt. Im gezeigten Bei spiel ist jeweils ein Teil der Seitenwand der betreffenden Rückseitenkammer durch einen solchen Balg gebildet. Dieser Balg ermöglicht es, dass die Rückseitenkammer gekapselt sein kann und dass trotzdem ein Volumenausgleich bei der Bewegung des jeweiligen Kolbens stattfinden kann. Beim Beispiel der Figur 2 ist sowohl die Antriebskammer 11a als auch die Ab triebskammer 11b mit einer solchen flexibel gekapselten Rück seitenkammer realisiert. Beide Rückseitenkammern sind über eine Leitung 37 fluidisch mit einer Vorratskammer 41 für die Hydraulikflüssigkeit 7 gekoppelt. Diese Vorratskammer 41 ist seitlich durch ein Balgelement 43 begrenzt. Über eine Deck platte 45 kann die Vorratskammer mittels eines voreingestell ten Hubs SR mit einem Druck beaufschlagt werden. Über den Ab triebskörper 21b (der hier den Kolbenbolzen der Abtriebskam mer darstellt) kann der entsprechend dem Übersetzungsverhält nis vergrößerte Hub SH auf das nachfolgende Seilsystem über tragen werden. Die genauere Funktionsweise und weitere vor teilhafte Ausgestaltungen eines solchen kombinierten Kolben- Balg-Systems sind in der oben genannten parallel eingereich ten internationalen Anmeldung mit dem Titel „Hydraulische Übersetzungseinheit für eine Aktoreinrichtung" näher be schrieben . In the following figures, the mode of operation of the two translation units connected one after the other will now be explained in more detail. Thus, FIG. 2 shows a schematic representation of a hydraulic transmission unit H, such as can be used, for example, in the exemplary embodiment in FIG. This hydraulic translation unit H is connected in series with actuator A. The stroke SA from the drive side Ha is translated into a stroke SH on the output side Hb through the hydraulically coupled interaction of two pistons 13a and 13b. The transmission ratio is ideally determined by the ratio of the hydraulic surfaces of the two associated piston bodies. The first working chamber 15a forms a portion of the drive chamber 11a that can be varied by the piston movement, and the second working chamber 15b forms a portion of the output chamber 11b that can be varied by the piston movement there. The two working chambers 15a and 15b are fluidically coupled by a hydraulic line 16. The rear volumes of the two chambers 11a and 11b are encapsulated here. In other words, each of the two chambers 11a and 11b is separated by the piston into a working chamber 15a or 15b and a rear chamber 17a or 17b. The two rear chambers are each encapsulated fluidically from the external environment. They are each at least partially limited by a bellows element 19a or 19b of variable axial length. In the case shown, part of the side wall of the respective rear chamber is formed by such a bellows. This The bellows makes it possible for the rear chamber to be encapsulated and for volume compensation to take place in spite of the movement of the respective piston. In the example of FIG. 2, both the drive chamber 11a and the drive chamber 11b are realized with such a flexibly encapsulated rear chamber. Both rear chambers are fluidically coupled to a storage chamber 41 for the hydraulic fluid 7 via a line 37. This storage chamber 41 is laterally bounded by a bellows element 43. A cover plate 45 can be used to apply pressure to the storage chamber by means of a preset stroke SR. Via the drive body 21b (which here represents the piston pin of the Abtriebskam mer), the increased stroke SH corresponding to the transmission ratio can be transferred to the subsequent cable system. The more precise operation and other advantageous embodiments of such a combined piston-bellows system are described in more detail in the above-mentioned parallel filed international application entitled "Hydraulic translation unit for an actuator device".
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Seilsystems M, wie es beispielsweise in der Auslösevorrichtung der Figur 1 zum Einsatz kommen kann. Auf der Antriebsseite dieses Seil systems befindet sich ein Antriebskörper 103. Dieser An triebskörper 103 kann mit dem bereits durch die Hydraulikein heit vergrößerten Hub SH bewegt werden. Dieser Hub SH wird nun durch das nachgeschaltete Seilsystem M zu einem noch wei ter vergrößerten SM auf der Abtriebsseite des Seilsystems übersetzt. Hierzu ist das Seilsystem M als Flaschenzugsystem mit einem bewegungsübertragenden Seil 101 und einer Mehrzahl von Umlenkrollen 107 ausgestaltet. Beispielhaft sind beim Seilsystem der Figur 3 vier Umlenkrollen gezeigt. Diese An zahl kann jedoch in einem realen System noch deutlich größer sein, um eine stärkere Vergrößerung zu erzielen. Ein Ende des bewegungsübertragenden Seils ist mit dem Antriebskörper 103 verbunden. Das gegenüberliegende Ende des Seils ist mit dem Abtriebskörper 109 verbunden. Der Abtriebskörper 109 ist hier wiederum fest mit dem eigentlichen Auslösekörper T verbunden. Dieser Auslösekörper T ist hier als Translationskörper reali siert (insbesondere als Stößel), und seine Bewegung dient zum Lösen der Arretierungsvorrichtung F, wie bereits im Zusammen hang mit Figur 1 beschrieben. Der Translationskörper T kann in einer hier nicht näher dargestellten Gleitbuchse so gela gert sein, dass er im Wesentlichen nur entlang der Richtung des Pfeils SM eindimensional beweglich ist. FIG. 3 shows a schematic representation of a cable system M, such as can be used, for example, in the release device of FIG. On the drive side of this cable system there is a drive body 103. This drive body 103 can be moved with the stroke SH, which has already been enlarged by the hydraulic unit. This stroke SH is now translated by the downstream cable system M to an even further enlarged SM on the output side of the cable system. For this purpose, the cable system M is designed as a pulley system with a movement-transmitting cable 101 and a plurality of deflection pulleys 107. As an example, four pulleys are shown in the cable system of FIG. However, this number can be significantly larger in a real system in order to achieve a greater magnification. One end of the motion-transmitting cable is connected to the drive body 103. The opposite end of the rope is connected to the output body 109. The output body 109 is here in turn firmly connected to the actual release body T. This release body T is implemented here as a translation body (in particular as a plunger), and its movement is used to release the locking device F, as already described in connection with FIG. The translation body T can be stored in a sliding bushing, not shown in detail here, in such a way that it is essentially only one-dimensionally movable in the direction of the arrow SM.
Durch die vier Umlenkrollen wird im Bereich des Abtriebskör pers 109 ein um den Faktor 4 vergrößerter Hub erzeugt, also SM = 4-SH. Dieser Faktor soll jedoch nur prinzipiell verdeut lichen, wie durch die Wahl der Anzahl der Umlenkrollen bei einem Faktorenflaschenzug ein bestimmtes gewünschtes Überset zungsverhältnis erreicht werden kann, und zwar hier ein Ver hältnis von 1:4. Die Umlenkrollen 107 sind hier gruppenweise zu zwei Blöcken zusammengefasst, welche gelegentlich aus als Scheren eines Flaschenzugs bezeichnet werden. Dabei besteht ein erster Block aus den beiden mit dem Antriebskörper 103 verbundenen Rollen. Der zweite Block besteht aus den beiden mit dem Fixierkörper 105 verbundenen Rollen. Antriebskörper 103 und Fixierkörper 105 bilden also die beiden wesentlichen Tragkörper für die Blöcke des Flaschenzugsystems aus. The four pulleys produce a stroke increased by a factor of 4 in the area of the Abtriebskör 109, ie SM = 4-SH. However, this factor is only intended to illustrate in principle how a certain desired transmission ratio can be achieved by choosing the number of deflection pulleys in a factor block and tackle, namely a ratio of 1: 4 here. The pulleys 107 are grouped together to form two blocks, which are sometimes referred to as scissors of a pulley block. A first block consists of the two rollers connected to the drive body 103. The second block consists of the two rollers connected to the fixing body 105. Drive body 103 and fixing body 105 thus form the two essential support bodies for the blocks of the pulley system.
In Figur 4 ist eine schematische Darstellung eines alternati ven Ausführungsbeispiels für das Seilsystem M gezeigt. Die Wirkungsweise dieses alternativen Seilsystems ist prinzipiell ähnlich wie beim Beispiel der Figur 3. Im Unterschied zu die sem ist hier jedoch eine zusätzliche seitliche Umlenkrolle 108 vorgesehen. Im Unterschied zu den bereits beschriebenen Umlenkrollen 107 umläuft das Seil diese Rolle nicht mit einem Umlaufwinkel von 180°, sondern mit einem kleineren Umlaufwin kel ß, welcher hier zwischen 90° und 180° liegt. Durch die zusätzliche seitliche Umlenkrolle 108 wird einerseits die Übertragung der Bewegung auf den nur linear beweglichen Aus lösekörper (oder Translationskörper) T erleichtert. Anderer seits kann hierdurch die erreichbare Hubvergrößerung noch weiter erhöht werden. Der Einfluss auf das Übersetzungsverhältnis wird aus der Fi gur 5 deutlich, welche das Seilsystem der Figur 4 in einer anderen Stellposition zeigt. Im Vergleich zur Position der Figur 4 ist hier der Antriebskörper 103 um einen bestimmten Hub SH nach oben versetzt. Dies führt im Bereich vor der ab triebsseitigen Umlenkrolle 108 zu einem Hub des Seils 103, welcher sich als As = 4-SH ergibt. Im Bereich nach der seit lichen Umlenkrolle 108 wirkt sich diese Änderung wie folgt aus : In Figure 4, a schematic representation of an alternative embodiment for the cable system M is shown. The mode of operation of this alternative cable system is basically similar to that in the example in FIG. 3. In contrast to this, however, an additional lateral deflection pulley 108 is provided here. In contrast to the pulleys 107 already described, the rope rotates this role not with a rotation angle of 180 °, but with a smaller Umlaufwin angle ß, which is between 90 ° and 180 ° here. The additional lateral deflection roller 108, on the one hand, facilitates the transmission of the movement to the only linearly movable release body (or translation body) T. On the other hand, the achievable increase in stroke can be increased even further. The influence on the transmission ratio becomes clear from FIG. 5, which shows the cable system of FIG. 4 in a different setting position. In comparison to the position in FIG. 4, the drive body 103 is offset upwards by a certain stroke SH. In the area in front of the pulley 108 on the drive side, this leads to a stroke of the rope 103, which results as As = 4-SH. In the area after the lateral pulley 108, this change has the following effect:
Der Längenabschnitt des Seils zwischen der seitlichen Umlenk rolle 108 und dem Translationskörper T hatte in der Stellung der Figur 4 eine Länge 1_0. Durch den Hub des Seils As = 4-SH vor der seitlichen Umlenkrolle verkürzt sich die Länge dieses Abschnitts auf den Wert 1_1 = 1_0 - As. Der zwischen dem Seil 101 und dem Translationskörper T eingeschlossene Winkel verändert sich dabei von a_0 auf a_l . Der vertikale Abstand zwischen seitlicher Umlenkrolle und Translationskörper (also die Höhe des gebildeten Dreiecks) verändert sich von h_0 auf h_l, während der horizontale Abstand d aufgrund der nur ein dimensional beweglichen Lagerung des Translationskörpers T konstant bleibt. Der Höhenunterschied Ah = h_l - h_0 ent spricht damit der eindimensionalen Weglänge des Translations körpers und damit dem Hub SM. Aufgrund des Satz des Phythago- ras lässt sich dieser Höhenunterschied nach der folgenden Gleichung berechnen: The length of the rope between the lateral deflection roller 108 and the translation body T had a length 1_0 in the position of FIG. The length of this section is reduced to the value 1_1 = 1_0 - As due to the lift of the rope As = 4-SH in front of the lateral deflection pulley. The angle enclosed between the cable 101 and the translational body T changes from a_0 to a_l. The vertical distance between the lateral deflection roller and the translation body (i.e. the height of the triangle formed) changes from h_0 to h_l, while the horizontal distance d remains constant due to the only one-dimensionally movable mounting of the translation body T. The difference in height Ah = h_l - h_0 thus corresponds to the one-dimensional path length of the translational body and thus the stroke SM. On the basis of the Phythagoras theorem, this height difference can be calculated using the following equation:
SM = Ah = h_0 - sqrt ( ( 1_0 - As) L2 - dA2) . SM = Ah = h_0 - sqrt ((1_0 - As) L 2 - d A 2).
Figur 6 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Aus lösevorrichtung 1 nach einem zweiten Beispiel der Erfindung. Auf diese Auslösevorrichtung kann in eine hier nicht näher dargestellte übergeordnete Schalteinrichtung 3 integriert sein, ähnlich wie beim Beispiel der Figur 1. Im Unterschied zum vorhergehenden Beispiel ist hier die Auslösevorrichtung 1 aus zwei mechanisch parallel geschalteten Teilsystemen 61 und 62 zusammengesetzt. Jedes der beiden Teilsysteme weist einen Aktor Al bzw. A2 auf, eine zu dem jeweiligen Aktor mechanisch in Serie geschaltete hydraulische Übersetzungseinheit Hl bzw. H2 und ein zu der jeweiligen hydraulischen Übersetzungsein heit mechanisch in Serie geschaltetes Seilsystem Ml bzw. M2. Die beiden Seilsysteme Ml und M2 sind mechanisch an einen ge meinsamen übergeordneten Auslösekörper T gekoppelt. Dies be wirkt, dass eine gleichzeitige Ansteuerung der beiden Aktoren Al und A2 zu einer gemeinsam bewirkten Bewegung des überge ordneten Auslösekörpers T führt. Im Vergleich zur Ausfüh rungsform der Figur 1 mit nur einem solchen Teilsystem kann dabei die mechanische Energie zur Bewegung des Auslösekörpers in etwa verdoppelt werden. Figure 6 shows a schematic diagram of a tripping device 1 according to a second example of the invention. This triggering device can be integrated in a higher-level switching device 3, not shown here, similar to the example in FIG. 1. In contrast to the previous example, the triggering device 1 is composed of two mechanically parallel subsystems 61 and 62. Each of the two subsystems has an actuator A1 or A2, one for the respective actuator mechanically Hydraulic transmission unit Hl or H2 connected in series and a cable system Ml or M2 connected mechanically in series with the respective hydraulic transmission unit. The two cable systems Ml and M2 are mechanically coupled to a common higher-level release body T. This has the effect that a simultaneous activation of the two actuators A1 and A2 leads to a jointly effected movement of the higher-order release body T. In comparison to the embodiment of FIG. 1 with only one such sub-system, the mechanical energy for moving the release body can be roughly doubled.
In den nachfolgenden Figuren werden Beispiele dafür gezeigt, wie besonders vorteilhafte, symmetrische Ausgestaltungen der Hydraulikeinheiten Hl und H2 und der Seilsysteme Ml und M2 dieser beiden Teilsysteme aussehen können. So zeigt Figur 7 eine schematische Darstellung der beiden hydraulischen Über setzungseinheiten Hl und H2, wie sie insbesondere beim Bei spiel der Figur 6 zum Einsatz kommen können. Hier sind also zwei Aktoren Al bzw. A2 jeweils mit einer zugeordneten hyd raulischen Übersetzungseinheit Hl bzw. H2 mechanisch in Serie geschaltet. Die einzelnen hydraulischen Übersetzungseinheiten sind hier jeweils analog zum Beispiel der Figur 2 ausgestal tet und in einer schmetterlingsartigen Konfiguration symmet risch nebeneinander angeordnet. Beim gezeigten Beispiel sind die einzelnen hydraulischen Übersetzungseinheiten Hl und H2 fluidisch nicht miteinander gekoppelt. Alternativ könnten sie jedoch prinzipiell auch fluidisch gekoppelt sein, beispiels weise über eine Kopplung der beiden Vorratskammern 41 oder auch durch eine Ausgestaltung mit einer gemeinsamen Vorrats kammer. Die beiden hydraulischen Übersetzungseinheiten sind hier mechanisch parallelgeschaltet. Die beiden Abtriebskörper 21b sind so ausgestaltet, dass durch gleichzeitige und gleichgerichtete Ansteuerung der beiden Aktoren gleichzeitig ein gleichgerichteter Hub SH bei den beiden Abtriebskörpern 21b erzeugt wird. Die beiden mechanisch parallelgeschalteten hydraulischen Übersetzungseinheiten Hl und H2 können auch als eine übergeordnete hydraulische Übersetzungseinheit H mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen gesehen werden. The following figures show examples of how particularly advantageous, symmetrical designs of the hydraulic units Hl and H2 and the cable systems Ml and M2 of these two subsystems can look. Thus, FIG. 7 shows a schematic representation of the two hydraulic transmission units Hl and H2, as they can be used in particular in the example of FIG. So here two actuators A1 and A2 are each mechanically connected in series with an associated hydraulic transmission unit Hl or H2. The individual hydraulic transmission units are each configured analogously to the example of FIG. 2 and arranged symmetrically next to one another in a butterfly-like configuration. In the example shown, the individual hydraulic translation units Hl and H2 are not fluidically coupled to one another. Alternatively, however, they could in principle also be fluidically coupled, for example by coupling the two storage chambers 41 or by designing with a common storage chamber. The two hydraulic transmission units are mechanically connected in parallel here. The two output bodies 21b are designed in such a way that by simultaneous and rectified control of the two actuators, a rectified stroke SH is generated at the two output bodies 21b. The two mechanically parallel hydraulic translation units Hl and H2 can also be used as a higher-level hydraulic translation unit H with two inputs and two outputs can be seen.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung der beiden Seil systeme Ml und M2, wie sie insbesondere beim Beispiel der Fi gur 6 zum Einsatz kommen können. Diese beiden Seilsysteme Ml und M2 können insbesondere über ihre beiden Antriebskörper 103 mit den Abtriebskörpern 21b der beiden Hydraulikeinheiten der Figur 7 gekoppelt sein. Die beiden Seilsysteme Ml und M2 sind hier jeweils für sich ähnlich wie beim Beispiel der Fi guren 4 und 5 ausgestaltet. Im Unterschied dazu sind hier zwei solche Seilsysteme mit ihren abtriebsseitigen Seilenden an einen gemeinsamen übergeordneten Translationskörper T ge koppelt. Die Anordnung der beiden Seilsysteme ist spiegelsym metrisch. Sie sind schmetterlingsartig Rücken an Rücken ange ordnet, sodass die beiden Seile 101 über die beiden gegen überliegenden seitlichen Umlenkrollen 108 an dem Translati onskörper T symmetrisch zusammenlaufen. Diese schmetterlings artige Konfiguration erlaubt auf einfache Weise eine gleich mäßige, verkantungsfreie Übertragung der Bewegung auf den ge meinsam bewegten Translationskörper T. Auch hier können die beiden mechanisch parallelgeschalteten Seilsysteme Ml und M2 als ein übergeordnetes Seilsystem M mit zwei Eingängen und einem gekoppelten Ausgang angesehen werden. Für ein solches übergeordnetes Seilsystem kann auch insbesondere ein gemein sames, durchgehendes Seil verwendet werden, welches von den Rollen der beiden Teilsysteme Ml und M2 gemeinsam genutzt wird. Auch der Antriebskörper 103 kann als eine gemeinsam ge nutzte durchgehende Platte realisiert sein. FIG. 8 shows a schematic representation of the two cable systems M1 and M2, as they can be used in particular in the example of FIG. These two cable systems M1 and M2 can in particular be coupled to the output bodies 21b of the two hydraulic units in FIG. 7 via their two drive bodies 103. The two cable systems M1 and M2 are each designed in a manner similar to that in the example of FIGS. 4 and 5. In contrast to this, here two such cable systems are coupled with their cable ends on the output side to a common higher-level translation body T ge. The arrangement of the two cable systems is mirror-symmetrical. They are arranged back to back like a butterfly, so that the two ropes 101 converge symmetrically on the translation body T via the two opposite lateral deflection pulleys 108. This butterfly-like configuration allows an even, tilt-free transmission of the movement to the jointly moving translation body T. Here, too, the two mechanically parallel cable systems Ml and M2 can be viewed as a higher-level cable system M with two inputs and one coupled output. For such a higher-level cable system, a common, continuous cable can also be used, which is used jointly by the rollers of the two sub-systems M1 and M2. The drive body 103 can also be implemented as a jointly used continuous plate.
Figur 9 zeigt eine schematische Gesamtansicht der beiden hyd raulischen Übersetzungseinheiten Hl und H2 und der beiden Seilsysteme Ml und M2 aus dem Ausführungsbeispiel der Figur 6. Insbesondere sind hier die beiden hydraulischen Überset zungseinheiten Hl und H2 der Figur 7 in einer insgesamt sym metrischen Anordnung mit den beiden Seilsystemen Ml und M2 der Figur 8 zusammengefügt worden. Dabei können die beiden Seilenden miteinander verbunden worden sein. Mit einer sol- chen symmetrischen Anordnung kann der Vorteil der Energiever doppelung in besonders einfacher und wirksamer Weise reali siert werden. Insbesondere können alle in Figur 9 dargestell ten Elemente in einem hier nicht gezeigten gemeinsamen Gehäu se angeordnet werden. Hiermit kann ein einfach zu handhaben des Modul zur Verfügung gestellt werden, mit welchem bei gleichzeitiger elektrischer Ansteuerung der beiden Aktoren A ein ausreichend hoher Gesamthub SM des Auslösekörpers T mit einer ausreichend hohen mechanischen Energie bewirkt werden kann . Figure 9 shows a schematic overall view of the two hydraulic translation units Hl and H2 and the two cable systems Ml and M2 from the embodiment of Figure 6. In particular, the two hydraulic translation units Hl and H2 of Figure 7 in an overall symmetrical arrangement with the two cable systems Ml and M2 of Figure 8 have been joined together. The two rope ends can be connected to one another. With a sol- With a symmetrical arrangement, the advantage of doubling the energy can be realized in a particularly simple and effective manner. In particular, all of the elements shown in FIG. 9 can be arranged in a common housing (not shown here). This makes it possible to provide a module that is easy to handle and with which, with simultaneous electrical control of the two actuators A, a sufficiently high total stroke SM of the release body T can be achieved with a sufficiently high mechanical energy.
In den Figuren 10 und 11 sind die wesentlichen physikalischen Kenngrößen für eine Realisierung der Auslösevorrichtung der Figuren 6 bis 9 gezeigt, wie sie mit einer Simulink-Simula- tion berechnet wurden. Gezeigt sind verschiedene physikali sche Größen als Funktion der Zeit 201 in Millisekunden. So ist in der obersten Kurve der Figur 10 die an jedem der bei den Aktoren Al, A2 anliegende elektrische Spannung 202 in Volt gezeigt. Bei diesen Aktoren handelt es sich um Piezoak- toren, welche durch Anlegen einer solchen Spannung bewegt werden können. Hier wird ein etwa deltaförmiger Spannungspuls von 160 V angelegt, welcher über einen Zeitraum von 50 ms wirkt. Die drei darunterliegenden Grafiken zeigen den daraus erzeugten Hub an verschiedenen Stellen der Auslöseeinrich- tung. So ist mit dem Bezugszeichen 203 ein Hub in Mikrometern bezeichnet. Der Hub SA ist der durch jeden der beiden Piezo- aktoren Al und A2 erzeugte Primärhub, welcher als Hub auf der Antriebsseite der jeweiligen hydraulischen Übersetzungsein heit Hl bzw. H2 wirkt. Dieser Primärhub ist relativ niedrig. Durch das Übersetzungsverhältnis der jeweiligen Hydraulikein heit wird allerdings auf deren Abtriebsseite ein deutlich vergrößerter Hub SH erreicht, welcher am Maximum der Kurve fast 400 pm erreicht. In der dritten Graphik ist mit 204 ein Hub in Millimetern bezeichnet. Hier ist der beschriebene Hub SH, der auf der Antriebsseite des jeweils nachfolgenden Seil systems wirkt, mit dem Hub As verglichen, der im Bereich der jeweiligen seitlichen Umlenkrollen 108 vorliegt. Dieser Hub As liegt am Maximum bereits im Bereich von etwa 3 mm. Auch in der vierten Graphik ist mit 204 ein Hub in Millimetern be zeichnet. Hier ist der Hub des Seils As mit dem Hub SM ver glichen, der auf der Abtriebsseite des gesamten Seilsystems, also im Bereich des Auslösekörpers T, vorliegt. Durch die Funktion der jeweiligen seitlichen Umlenkrolle 108 liegt hier noch eine zusätzliche Hubvergrößerung vor, so dass beim Aus- lösekörper T ein Hub SM von etwa 7 mm erreicht wird. Beim Überschreiten einer Hubschwelle von etwa 3 bis 4 mm kann mit dem Auslösekörper T eine typische nachfolgende Verklinkung gelöst werden. Diese Hubschwelle wird für den Hub SM nach nur wenigen Millisekunden erreicht. Somit sind die Anforderungen an die Dynamik der Auslösevorrichtung erfüllt. Durch die Ver wendung von zwei Teilsystemen kann auch die für die Auslösung notwendige mechanische Energie (mit anderen Worten: bei gege benem Hub die notwendige Kraft) erreicht werden. FIGS. 10 and 11 show the essential physical parameters for realizing the release device of FIGS. 6 to 9, as calculated with a Simulink simulation. Various physical quantities are shown as a function of time 201 in milliseconds. Thus, in the uppermost curve of FIG. 10, the electrical voltage 202 applied to each of the actuators A1, A2 is shown in volts. These actuators are piezo actuators which can be moved by applying such a voltage. Here an approximately delta-shaped voltage pulse of 160 V is applied, which acts over a period of 50 ms. The three graphics below show the resulting stroke at various points on the release device. A stroke in micrometers is designated by the reference numeral 203. The stroke SA is the primary stroke generated by each of the two piezo actuators A1 and A2, which acts as a stroke on the drive side of the respective hydraulic transmission unit Hl or H2. This primary stroke is relatively low. Due to the transmission ratio of the respective hydraulic unit, however, a significantly increased stroke SH is achieved on its output side, which reaches almost 400 pm at the maximum of the curve. In the third graphic, a stroke in millimeters is designated by 204. Here, the described stroke SH, which acts on the drive side of the respective subsequent cable system, is compared with the stroke As, which is present in the area of the respective lateral deflection rollers 108. This stroke As is at its maximum already in the range of about 3 mm. Also In the fourth graphic, 204 is a stroke in millimeters. Here the stroke of the rope As is compared with the stroke SM that is present on the output side of the entire rope system, i.e. in the area of the release body T. As a result of the function of the respective lateral deflecting roller 108, there is an additional increase in the stroke, so that a stroke SM of approximately 7 mm is achieved for the release body T. When a travel threshold of around 3 to 4 mm is exceeded, a typical subsequent latching can be released with the release body T. This stroke threshold is reached for the stroke SM after only a few milliseconds. The requirements for the dynamics of the release device are thus met. By using two subsystems, it is also possible to achieve the mechanical energy required for triggering (in other words: the force required for a given stroke).
In den einzelnen Grafiken der Figur 11 sind verschiedene elektrische Parameter gezeigt, welche sich aus der Simulation für die Ansteuerung der beiden Aktoren Al und A2 ergeben. So zeigt die oberste Kurve wiederum die an dem jeweiligen Piezo- aktor anliegende Spannung 202 in Volt als Funktion der Zeit 201 in Millisekunden. Im Unterschied zur Figur 10 sind hier nur etwa die ersten 30 ms nach dem Beginn des Spannungspulses gezeigt. Die zweite Kurve zeigt den Strom 205 in Ampere, wel cher beim Ansteuern der beiden Piezoaktoren fließt. Das Maxi mum des Stroms liegt hier bei knapp 7 A. Die dritte Kurve zeigt die elektrische Leistung 206 in Watt. Die elektrische Spitzenleistung liegt hier bei knapp 350 W. Die vierte Kurve zeigt die insgesamt aufgenommene elektrische Energie 207 in mJ. Sowohl die elektrische Spitzenleistung als auch die ins gesamt aufgenommene Energie liegen deutlich niedriger als bei dem oben beschriebenen vergleichbaren elektromagnetischen Ak tor, bei welchem eine Spitzenleitung von 1200 W gemessen wur de . In the individual graphics in FIG. 11, various electrical parameters are shown which result from the simulation for the control of the two actuators A1 and A2. The top curve thus again shows the voltage 202 in volts applied to the respective piezo actuator as a function of the time 201 in milliseconds. In contrast to FIG. 10, only about the first 30 ms after the start of the voltage pulse are shown here. The second curve shows the current 205 in amperes that flows when the two piezo actuators are activated. The maximum current here is just under 7 A. The third curve shows the electrical output 206 in watts. The electrical peak power here is just under 350 W. The fourth curve shows the total electrical energy consumption 207 in mJ. Both the electrical peak power and the total energy consumed are significantly lower than with the comparable electromagnetic actuator described above, in which a peak power of 1200 W was measured.
Mit der beschriebenen Auslösevorrichtung können also die vor gegebenen Parameter für den Hub, die Dynamik und die Kraft bei der Bewegung des Auslösekörpers T realisiert werden, wo- bei gleichzeitig die elektrische Spitzenleistung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert ist. Dies bewirkt auch, dass für eine elektrische Leitung zum jeweiligen Aktor ein wesentlich niedrigerer Leitungsquerschnitt als beim Stand der Technik zum Einsatz kommen kann. With the release device described, the given parameters for the stroke, the dynamics and the force during the movement of the release body T can be realized, where- while at the same time the electrical peak power is significantly reduced compared to the prior art. This also has the effect that for an electrical line to the respective actuator, a significantly lower line cross-section than in the prior art can be used.
Bezugs zeichenliste Reference character list
1 Auslösevorrichtung 1 release device
3 elektrische Schalteinrichtung 3 electrical switchgear
7 Hydraulikflüssigkeit 7 hydraulic fluid
11a erste Kammer (Antriebskammer) 11a first chamber (drive chamber)
11b zweite Kammer (Abtriebskammer)11b second chamber (output chamber)
13a erster Kolben (Antriebskolben)13a first piston (drive piston)
13b zweiter Kolben (Abtriebskolben)13b second piston (output piston)
15a erste Arbeitskammer 15a first working chamber
15b zweite Arbeitskammer 15b second working chamber
16 Hydraulikleitung 16 hydraulic line
17a erste Rückseitenkammer 17a first rear chamber
17b zweite Rückseitenkammer 17b second rear chamber
19a erstes Balgelement 19a first bellows element
19b zweites Balgelement 19b second bellows element
21b Abtriebskörper 21b output body
37 Leitung 37 Leadership
41 Vorratskammer 41 pantry
43 Balgelement 43 bellows element
45 Deckplatte 45 cover plate
61 erstes Teilsystem 61 first subsystem
62 zweites Teilsystem 62 second subsystem
101 Seil 101 rope
103 Antriebskörper des Seilsystems 103 Drive body of the cable system
105 Fixierkörper des Seilsystems105 Fixing body of the cable system
107 Umlenkrolle 107 pulley
108 seitliche Umlenkrolle 108 side pulley
109 Abtriebskörper des Seilsystems 201 Zeit in ms 109 Output element of the cable system 201 Time in ms
202 Spannung in V 202 voltage in V
203 Hub in pm 203 stroke in pm
204 Hub in mm 204 stroke in mm
205 Strom in A 205 current in A
206 Leistung in W 206 power in W
207 Energie in mJ 207 energy in mJ
A Aktor A actuator
Al Aktor des ersten Teilsystems A2 Aktor des zweiten Teilsystems Al actuator of the first subsystem A2 actuator of the second subsystem
a_0 Umlenkwinkel a_0 deflection angle
a_l Umlenkwinkel a_l deflection angle
ß Umlaufwinkel des Seils ß angle of rotation of the rope
d seitlicher Abstand d lateral distance
As Hub vor der seitlichen Umlenkrolle As hub in front of the side pulley
Ah Höhenunterschied Ah height difference
F Arretierungsvorrichtung F locking device
h_0 Höhe h_0 height
h_l Höhe h_l height
H hydraulische Übersetzungseinheit H hydraulic transmission unit
Ha Antriebsseite der hydraulischen Übersetzungseinheit Ha drive side of the hydraulic transmission unit
Hb Abtriebsseite der hydraulischen ÜbersetzungseinheitHb output side of the hydraulic transmission unit
Hl Hydraulikeinheit des ersten Teilsystems Hl hydraulic unit of the first subsystem
H2 Hydraulikeinheit des zweiten Teilsystems H2 hydraulic unit of the second subsystem
1_0 Längenabschnitt 1_0 length segment
1_1 Längenabschnitt 1_1 length segment
M Seilsystem M rope system
Ma Antriebsseite des Seilsystems Ma drive side of the rope system
Mb Abtriebsseite des Seilsystems Mb output side of the rope system
Ml Seilsystem des ersten Teilsystems Ml rope system of the first subsystem
M2 Seilsystem des zweiten Teilsystems M2 rope system of the second subsystem
SA Hub auf der Antriebsseite der Hydraulikeinheit SA hub on the drive side of the hydraulic unit
SH Hub auf der Abtriebsseite der HydraulikeinheitSH stroke on the output side of the hydraulic unit
SM Hub auf der Abtriebsseite des Seilsystems SM hub on the output side of the cable system
SR Hub an der Vorratskammer SR hub at the pantry
51 erster Schaltkontakt 51 first switching contact
52 zweiter Schaltkontakt 52 second switching contact
T Auslösekörper T release body
V Vorspannelement V pretensioning element

Claims

Patentansprüche Claims
1. Auslösevorrichtung (1) für eine elektrische Schalteinrich tung (3), umfassend 1. Tripping device (1) for an electrical Schalteinrich device (3) comprising
- einen Aktor (A) , - an actuator (A),
- eine zu dem Aktor (A) mechanisch in Serie geschaltete hyd raulische Übersetzungseinheit (H) , - a hydraulic transmission unit (H) mechanically connected in series with the actuator (A),
- ein zu der hydraulischen Übersetzungseinheit (H) mechanisch in Serie geschaltetes Seilsystem (M) , welches als mechani sche Übersetzungseinheit für die hydraulische Übersetzungs einheit (H) wirkt, - A cable system (M) mechanically connected in series with the hydraulic transmission unit (H), which acts as a mechanical transmission unit for the hydraulic transmission unit (H),
- und einen mittels des Seilsystems (M) bewegbaren Auslöse- körper (T) zur Auslösung eines Schaltvorgangs in der - and a release body (T) which can be moved by means of the cable system (M) for triggering a switching process in the
Schalteinrichtung (3) . Switching device (3).
2. Auslösevorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Seilsystem (M) als Flaschenzugsystem mit einem bewegungsüber tragenden Seil (101) und einer Mehrzahl von Umlenkrollen (107, 108) ausgestaltet ist. 2. tripping device (1) according to claim 1, wherein the cable system (M) is designed as a pulley system with a movement-carrying cable (101) and a plurality of pulleys (107, 108).
3. Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem das Seilsystem (M) ein Übersetzungsverhältnis von 0,5 oder weniger aufweist. 3. tripping device (1) according to one of claims 1 or 2, wherein the cable system (M) has a transmission ratio of 0.5 or less.
4. Auslösevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher die hydraulische Übersetzungseinheit (H) und das Seilsystem (M) zusammen eine Gesamtübersetzung von 0,25 oder weniger aufweisen. 4. tripping device (1) according to one of the preceding claims, in which the hydraulic transmission unit (H) and the cable system (M) together have a total transmission of 0.25 or less.
5. Auslösevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher der Auslösekörper (T) einen Hub von we nigstens 1mm und insbesondere wenigstens 2 mm aufweist. 5. Trip device (1) according to one of the preceding claims, in which the trip body (T) has a stroke of at least 1 mm and in particular at least 2 mm.
6. Auslösevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher der Auslösekörper (T) ein länglich ge formter Stößel ist, welcher im Wesentlichen mit nur einem translatorischen Freiheitsgrad beweglich gelagert ist. 6. Trip device (1) according to one of the preceding claims, in which the trip body (T) is an elongated ge shaped plunger, which is movably mounted essentially with only one translational degree of freedom.
7. Auslösevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welchem die hydraulische Übersetzungseinheit (H) ein Antriebselement (13a) und ein Abtriebselement (13b, 21b) aufweist und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Antrieb selements (13a) mit einem Übersetzungsverhältnis von höchs tens 1:2 auf das Abtriebselement (13b, 21b) zu übertragen. 7. tripping device (1) according to one of the preceding claims, in which the hydraulic translation unit (H) has a drive element (13a) and an output element (13b, 21b) and is designed to move the drive selements (13a) with a Transmission ratio of at most 1: 2 to be transmitted to the output element (13b, 21b).
8. Auslösevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welchem die hydraulische Übersetzungseinheit (H) mit einer Hydraulikflüssigkeit (7) befüllbar ist und eine erste und eine zweite Kammer (11a, 11b) aufweist, welche hyd raulisch miteinander verbunden sind und von denen eine als Antriebskammer (11a) und die andere als Abtriebskammer (11b) ausgebildet ist. 8. tripping device (1) according to one of the preceding claims, in which the hydraulic transmission unit (H) can be filled with a hydraulic fluid (7) and has a first and a second chamber (11a, 11b) which are hydraulically connected to one another and one of which is designed as a drive chamber (11a) and the other as an output chamber (11b).
9. Auslösevorrichtung (1) nach Anspruch 8, bei welcher zumin dest in der ersten Kammer (11a) ein Kolben (13a) entlang ei ner Kolbenachse beweglich angeordnet ist, so dass dieser Kol ben (13a) die erste Kammer (11a) in eine volumenmäßig variab le Arbeitskammer (15a) und eine Rückseitenkammer (17a) trennt, wobei die Rückseitenkammer (17a) zumindest teilweise durch ein Balgelement (19a) mit variabler axialer Länge be grenzt ist. 9. tripping device (1) according to claim 8, wherein at least in the first chamber (11a) a piston (13a) is movably arranged along egg ner piston axis, so that this Kol ben (13a) the first chamber (11a) in a Volume variable le working chamber (15a) and a rear chamber (17a) separates, wherein the rear chamber (17a) is at least partially limited by a bellows element (19a) with a variable axial length be.
10. Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, welche zusätzlich eine, insbesondere druckbeaufschlagbare, Vorratskammer (41) für die Hydraulikflüssigkeit (7) aufweist. 10. Triggering device (1) according to one of claims 8 or 9, which additionally has a, in particular pressurizable, storage chamber (41) for the hydraulic fluid (7).
11. Auslösevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, welche wenigstens zwei mechanisch parallel geschal tete Teilsysteme (61,63) aufweist, 11. tripping device (1) according to one of the preceding claims, which has at least two mechanically parallel connected subsystems (61,63),
- wobei jedes der Teilsysteme (61,63) einen Aktor (A) , - each of the subsystems (61,63) having an actuator (A),
eine zu dem Aktor (A) mechanisch in Serie geschaltete hyd raulische Übersetzungseinheit (H) und ein zu der hydrauli schen Übersetzungseinheit (H) mechanisch in Serie geschal tetes Seilsystem (M) aufweist, - wobei die beiden Seilsysteme (M) mechanisch an einen ge meinsamen, übergeordneten Auslösekörper (T) gekoppelt sind, has a hydraulic transmission unit (H) connected mechanically in series with the actuator (A) and a cable system (M) mechanically connected in series with the hydraulic transmission unit (H), - the two cable systems (M) are mechanically coupled to a common, higher-level release body (T),
- so dass eine gleichzeitige Ansteuerung der beiden Aktoren (A) zu einer gemeinsam bewirkten Bewegung des übergeordne ten Auslösekörpers (T) mittels der beiden hydraulischen Übersetzungseinheiten (H) und der beiden Seilsysteme (M) führt . - So that a simultaneous control of the two actuators (A) leads to a jointly effected movement of the higher-order trigger body (T) by means of the two hydraulic transmission units (H) and the two cable systems (M).
12. Auslösevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher der Aktor (A) ein Festkörperaktor ist. 12. Tripping device (1) according to one of the preceding claims, in which the actuator (A) is a solid-state actuator.
13. Elektrische Schalteinrichtung (3) mit einer Auslösevor richtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 13. Electrical switching device (3) with a Auslösevor direction (1) according to one of the preceding claims.
14. Elektrische Schalteinrichtung (3) nach Anspruch 13, wel che einen feststehenden ersten Schaltkontakt (Sl) und einen relativ zu diesem beweglichen zweiten Schaltkontakt ( S2 ) auf weist, 14. Electrical switching device (3) according to claim 13, wel che a fixed first switching contact (Sl) and a relative to this movable second switching contact (S2) has,
wobei die Auslösevorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, die Bewegung des zweiten Schaltkontakts ( S2 ) auszulösen. wherein the triggering device (1) is designed to trigger the movement of the second switching contact (S2).
15. Elektrische Schalteinrichtung (3) nach Anspruch 14,15. Electrical switching device (3) according to claim 14,
- welche zusätzlich ein Vorspannelement (V) aufweist, das da zu ausgelegt ist, den zweiten Schaltkontakt ( S2 ) relativ zum ersten Schaltkontakt (Sl) vorzuspannen, - which additionally has a biasing element (V) that is designed to bias the second switching contact (S2) relative to the first switching contact (Sl),
- und welche zusätzlich eine Arretierungsvorrichtung (F) auf weist, die dazu ausgelegt ist, das Vorspannelement (V) in einem solchen vorgespannten Zustand zu arretieren, - and which additionally has a locking device (F) which is designed to lock the pretensioning element (V) in such a pretensioned state,
- wobei die Auslösevorrichtung (1) dazu ausgelegt ist, die Arretierungsvorrichtung (F) zu lösen. - The triggering device (1) being designed to release the locking device (F).
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