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Title:
HYDRAULIC STORED-ENERGY SPRING MECHANISM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/003589
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hydraulic stored-energy spring mechanism for a heavy-duty circuit breaker, comprising a working cylinder (40) which is arranged in a working cylinder housing (12), at least one accumulator spring (10), and at least one pressure piston (34) which is arranged in an accumulator cylinder (32) such that it can slide. In this case, the accumulator spring (10) pressurizes fluid, which is located in accumulator cylinder (32), by means of the pressure piston (34). The accumulator spring (10) is held in an interlocking manner in the prestressed state by a support pipe unit.

Inventors:
LOHRBERG HENRIK (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/004778
Publication Date:
January 14, 2010
Filing Date:
July 02, 2009
Export Citation:
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Assignee:
ABB TECHNOLOGY AG (CH)
LOHRBERG HENRIK (DE)
International Classes:
H01H3/30; H01H33/34
Foreign References:
EP0829892A11998-03-18
DE2518605A11975-12-04
EP1056104A12000-11-29
CN200969310Y2007-10-31
Attorney, Agent or Firm:
PARTNER, Lothar et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Hydraulischer Federspeicherantrieb für einen Hochspannungsleistungsschalter, umfassend einen Arbeitszylinder (40), welcher in einem Arbeitszylindergehäuse (12) angeordnet ist, mindestens eine Speicherfeder (10), mindestens einen Druckkolben (34), welcher in einem Speicherzylinder (32) gleitend verschiebbar angeordnet ist, wobei die Speicherfeder (10) über den Druckkolben (34) in dem Speicherzylinder (32) befindliches Fluid unter Druck setzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherfeder (10) im vorgespannten Zustand von einer Stützrohreinheit formschlüssig gehalten ist.

2. Hydraulischer Federspeicherantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stützrohreinheit ein Stützrohr (20) umfasst, wobei die Speicherfeder (10) koaxial um das Stützrohr (20) herum angeordnet ist.

3. Hydraulischer Federspeicherantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem stirnseitigen Ende des Stützrohrs (20) eine radial nach außen vorspringende Schulter (26) angeformt ist, wobei die Speicherfeder (10) sich an der Schulter (26) abstützt.

4. Hydraulischer Federspeicherantrieb nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe eines stirnseitigen Endes des Stützrohrs (20) koaxial um das Stützrohr herum ein Abstützring (22) befestigt ist, wobei die Speicherfeder (10) sich an dem Abstützring (22) abstützt.

5. Hydraulischer Federspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der Stützrohreinheit und des Arbeitszylindergehäuses (12) miteinander fluchten.

6. Hydraulischer Federspeicherantrieb Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützrohreinheit das Arbeitszylindergehäuses (12) zumindest teilweise koaxial umschließt.

7. Hydraulischer Federspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherzylinder (32) in einem Behälterkörper (30) angeordnet ist, welcher einstückig mit dem Arbeitszylindergehäuse (12) ausgebildet ist.

Description:
Hydraulischer Federspeicherantrieb

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Federspeicherantrieb für einen Hoch- spannungsleistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Federspeicherantrieb ist aus der Patentanmeldung EP 0829892 A1 bekannt. Dabei setzt eine Speicherfeder über einen Druckkörper und einen in einem Speicherzylinder gleitend verschiebbaren Druckkolben ein in dem Speicherzylinder befindliches Fluid unter Druck. Mittels dieses Fluids wird eine Antriebsstange bewegt, welche an einem in einem Arbeitszylinder gleitend verschiebbaren Antriebskolben befestigt ist. Wird der Arbeitskolben mit der Arbeitsstange in eine erste Endstellung bewegt, so schließt er den Leistungsschalter. Wird der Arbeitskolben mit der Arbeitsstange in eine zweite Endstellung bewegt, so öffnet er den Leistungsschalter.

Wird das unter hohem Druck stehende Fluid in einen Bereich des Arbeitszylinders geleitet, welcher der Arbeitsstange abgewandt ist, so wird der Arbeitskolben in die erste Entstellung bewegt. Wird unter geringem Druck stehendes Fluid in diesen Bereich des Arbeitszylinders geleitet, so wird der Arbeitskolben in die zweite Endstellung bewegt.

Bei der Montage des Federspeicherantriebs sowie während Wartungsarbeiten ist das Hydrauliksystem drucklos. Die Speicherfeder ist in diesem Zustand lediglich vorgespannt und dehnt sich axial maximal aus. Die Speicherfeder presst dabei den Druckkörper gegen einen Anschlag am Arbeitszylindergehäuse, wodurch der Druckkörper zwischen dem Anschlag und der Speicherfeder festgeklemmt ist.

Während des Betriebs des Federspeicherantriebs steht das Hydrauliksystem unter Druck. Die Speicherfeder ist in diesem Zustand weiter gespannt, was im folgenden als aufgeladen bezeichnet wird, und ihre axiale Ausdehnung ist verringert. Die Speicherfeder presst dabei den Druckkörper gegen den Druckkolben, welcher dadurch das Fluid unter Druck setzt.

An der gegenüberliegenden Seite stützt sich die Speicherfeder an einem Abstützring ab, welcher an dem Gehäuse des Arbeitszylinders befestigt ist.

Bei drucklosem Hydrauliksystem, also bei vorgespannter Speicherfeder, stützt sich die Speicherfeder an dem Druckkörper ab, welcher wiederum auf den Anschlag des Arbeitszylindergehäuses drückt.

Die Speicherfeder ist also formschlüssig mit dem Arbeitszylindergehäuse verbunden. Zur Demontage der Speicherfeder vom Arbeitszylindergehäuse, beispielsweise wegen Wartungsarbeiten am Antrieb, wird eine Federpresse benötigt. Dabei wird mit Hilfe der Federpresse zunächst die Speicherfeder zusammengedrückt, anschließend wird der Abstützring entfernt und danach wird die Speicherfeder vom Arbeitszylindergehäuse abgezogen.

Die Montage der Speicherfeder am Arbeitszylindergehäuse nach Abschluss der Wartungsarbeiten sowie bei der Fertigung des Antriebs ist ebenso aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Federspeicherantrieb der Eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass die Speicherfeder mit verhältnismäßig geringem Aufwand montiert und demontiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hydraulischen Federspeicherantrieb mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Ein erfindungsgemäßer hydraulischer Federspeicherantrieb für einen Hoch- spannungsleistungsschalter umfasst demgemäß neben einem gattungsgemäßen Arbeitszylinder in einem Arbeitszylindergehäuse, einer gattungsgemäßen Speicherfeder und einem gattungsgemäßen in einem Speicherzylinder angeordneten Druckkolben eine Stützrohreinheit, welche an dem Arbeitszylindergehäuse befestigt ist und welche derart ausgestaltet ist, dass die Speicherfeder im vorgespannten Zustand von der Stützrohreinheit formschlüssig gehalten ist.

Die Speicherfeder übt also, im vorgespannten Zustand, keine Kraft auf das Arbeitszylindergehäuse aus, sondern lediglich auf die Stützrohreinheit.

Die Stützrohreinheit und die Speicherfeder sind dabei Teile einer separaten Baugruppe, welche im folgenden auch als Federsäule bezeichnet wird.

Die Demontage der Speicherfeder von dem Arbeitszylindergehäuse ist somit vorteilhaft vereinfacht, da hierzu einfach die ganze Federsäule als eine Einheit von dem Arbeitszylindergehäuse gelöst wird, was ohne den Einsatz einer Federpresse möglich ist. Entsprechend wird bei der Montage der Speicherfeder die ganze Federsäule am Arbeitszylindergehäuse befestigt.

Die Federsäule wird dabei derart an dem Arbeitszylindergehäuse befestigt, dass während des Betriebs des Federspeicherantriebs, wenn das Hydrauliksystem unter Druck steht, die Speicherfeder gegen den Druckkolben, beziehungsweise gegen den Druckkörper drückt. Die Befestigung der Federsäule an dem Arbeitszylindergehäuse geschieht dabei vorzugsweise durch eine Verschraubung. Eine Verschraubung gestattet, die Federsäule mit verhältnismäßig geringem Aufwand zu montieren und zu demontieren.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass eine Federsäule mit vorgespannter Speicherfeder als separate, komplette, vorgesetzte und vorgeprüfte Baugruppe herstellbar ist. Hierdurch ist auch die Fertigung eines Antriebs ohne Federpresse möglich und damit deutlich vereinfacht. Eine solche Federsäule ist beispielsweise von einem Unterlieferant beziehbar. Das Montieren sowie das Prüfen der Kennlinie der Speicherfeder ist bei dem Unterlieferant in einem Arbeitsgang durchführbar. Das Setzen der Speicherfeder, das üblicherweise über 32 Stunden dauert und an einem fertig montierten Antrieb durchgeführt wird, ist ebenfalls bereits bei dem Unterlieferant an der Federsäule durchführbar. Die Durchlaufzeit zur Fertigung eines Antriebs ist somit weiter verringert. Der Aufbau einer Federsäule gestaltet sich verhältnismäßig platzsparend, wenn die Stützrohreinheit ein Stützrohr umfasst, wobei die Speicherfeder koaxial um das Stützrohr herum angeordnet ist.

Der Aufbau der Federsäule ist besonders kompakt ausführbar, indem an einem stirnseitigen Ende des Stützrohrs eine radial nach außen vorspringende Schulter angeformt oder montiert ist, wobei die Speicherfeder sich an der Schulter abstützt.

Die Herstellung einer Federsäule ist vereinfacht, indem in der Nähe eines stirnseitigen Endes des Stützrohrs koaxial um das Stützrohr herum ein Abstützring befestigt ist, wobei die Speicherfeder sich an dem Abstützring abstützt. Bei der Herstellung wird dabei zunächst die Speicherfeder über das Stützrohr geschoben und mit Hilfe einer Federpresse gespannt und anschließend wird der Abstützring befestigt.

Der Aufbau des Federspeicherantriebs ist verhältnismäßig platzsparend, wenn die Mittelachsen der Stützrohreinheit und des Arbeitszylindergehäuses miteinander fluchten.

Eine weitere Platzersparnis ergibt sich, wenn die Stützrohreinheit das Arbeitszylindergehäuses zumindest teilweise koaxial umschließt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Speicherzylinder, in welcher sich der Druckkolben und das Fluid befinden, in einem Behälterkörper angeordnet, welcher einstückig mit dem Arbeitszylindergehäuse ausbildbar ist.

Der Speicherzylinder und der Arbeitszylinder sind über ein Kanalsystem verbunden, so dass das Fluid aus dem Speicherzylinder in den Arbeitszylinder fließen und diesen mit einer Kraft beaufschlagen kann.

Durch Zusammenfassung des Behälterkörpers und des Arbeitszylindergehäuses zu einem Bauteil, welches im folgenden als Zylinderblock bezeichnet wird, reduziert sich der Aufwand für die Fertigung des Federspeicherantriebs. Eine Montage des Behälterkörpers an dem Arbeitszylindergehäuses erübrigt sich. Weiterhin entfallen Dichtungen in dem Kanalsystem, in welchem das Fluid aus dem Speicherzylinder in den Arbeitszylinder fließt. Somit reduziert sich auch der Aufwand für Disposition und Lagerhaltung, da das Teilespektrum reduziert ist.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Einen erfindungsgemäßen hydraulischen Federspeicherantrieb.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer hydraulischer Federspeicherantrieb zur Betätigung eines hier nicht dargestellten Hochspannungsleistungsschalters dargestellt.

Der Federspeicherantrieb umfasst einen Arbeitszylinder 40, welcher innerhalb eines Arbeitszylindergehäuses 12 angeordnet ist. Weiter umfasst der Federspeicherantrieb einen Behälterkörper 30, in welchem ein Speicherzylinder 32 angeordnet ist. Innerhalb des Speicherzylinders 32 ist ein Druckkolben 34 gleitend verschiebbar angeordnet.

An dem Arbeitszylindergehäuse 12 ist ein Stützrohr 20 befestigt. Das Stützrohr 20 hat dabei annähernd die Form eines Hohlzylinders. An einem stirnseitigen Ende des Stützrohrs 20 ist eine Schulter 26 angeformt oder montiert, welche radial nach außen vorspringt. In der Nähe des gegenüberliegenden stirnseitigen Endes des Stützrohrs 20 ist ein Abstützring 22 angebracht.

Das Stützrohr 20 ist vorzugsweise mittels einer hier nicht dargestellten Verschraubung an dem Arbeitszylindergehäuse 12 festgeschraubt. Aber auch andere Befestigungsarten sind denkbar. Eine vorgespannte Speicherfeder 10, welche hier als Tellerfeder ausgeführt ist, ist koaxial um das Stützrohr 20 herum angeordnet. Die Speicherfeder 10 stützt sich dabei mit einem Ende an der Schulter 26 und mit dem anderen Ende an dem Abstützring 22 ab.

Die Speicherfeder 10 kann auch beispielsweise als Spiralfeder ausgeführt sein. In einem üblichen Federspeicherantrieb für einen Hochspannungsleistungsschalter ist die Speicherfeder 10 mit einer Kraft von etwa 300 kN vorgespannt. Im Betrieb erhöht sich die Spannkraft der aufgeladenen Speicherfeder 10 auf bis zu 700 kN und gegebenenfalls mehr.

Das Stützrohr 20 mit der Schulter 26 und der Abstützring 22 sind Teile einer Stützrohreinheit, welche die Speicherfeder 10 im vorgespannten Zustand formschlüssig hält. Die Stützrohreinheit und die Speicherfeder 10 bilden eine Federsäule. Im vorgespannten Zustand der Speicherfeder 10 ist der Kraftfluss somit durch die Speicherfeder 10, den Abstützring 22, das Stützrohr 20 und die Schulter 26 geschlossen. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Kraftfluss bei vorgespannter Speicherfeder 10 innerhalb der Federsäule geschlossen.

Die Stützrohreinheit und auch die Federsäule haben annähernd die Form eines Hohlzylinders. Dabei fallen die Mittelachsen des Stützrohrs 20, der Stützrohreinheit und der Federsäule bei dem hier gezeigten Beispiel zusammen. Eine exzentrische Anordnung des Arbeitszylinders bezüglich der Stützrohreinheit ist ebenfalls denkbar.

Das Stützrohr 20 ist derart an dem Arbeitszylindergehäuse 12 befestigt, dass die Schulter 26 dem Behälterkörper 30 mit dem Speicherzylinder 32 und dem Druckkolben 34 zugewandt ist. Die Schulter 26 liegt dabei an einem Anschlag 24 des Arbeitszylindergehäuses 12 an. Die Mittelachse des Stützrohrs 20, welche mit den Mittelachsen der Stützrohreinheit und der Federsäule zusammenfällt, fluchtet mit der Mittelachse des Arbeitszylindergehäuses 12.

Das Stützrohr 20 und damit auch die Stützrohreinheit und die Federsäule umschließen das Arbeitszylindergehäuse 12 teilweise koaxial. Das Arbeitszylindergehäuse 12 liegt also teilweise innerhalb des Stützrohrs 20. An dem Ende der Speicherfeder 10, welches der Schulter 26 zugewandt liegt, ist eine Stützfeder 28 vorgesehen. Die Stützfeder 28 ist Teil der Speicherfeder 10 und ist starr ausgeführt, das heißt, die Stützfeder 28 wird während des Spannens sowie während des Entspannens der Speicherfeder 10 nicht oder nur unwesentlich verformt.

Der Federspeicherantrieb umfasst weiterhin einen Druckkörper 16, welcher zwischen der Speicherfeder 10 und dem Druckkolben 34 angeordnet ist. Bei gespannter Speicherfeder 10 drückt die Stützfeder 28 auf den Druckkörper 16, welcher auf den Druckkolben 34 drückt und somit das in dem Speicherzylinder 32 befindliche Fluid unter Druck setzt. Bei vorgespannter Speicherfeder 10 und drucklosem Hydrauliksystem drückt die Stützfeder 28 gegen die Schulter 26 des Stützrohrs 20. Der Druckkörper 16 ist in diesem Fall kraftfrei oder annähernd kraftfrei zwischen der Stützfeder 28 und dem Druckkolben 34 gelagert.

Es ist auch denkbar, den Druckkörper 16 derart anzuordnen, dass er bei vorgespannter Speicherfeder 10 zwischen der Stützfeder 28 und der Schulter 26 des Stützrohrs 20 eingeklemmt ist. In diesem Fall ist der Druckkörper 16 auch ein Teil der Stützrohreinheit und/oder der Federsäule.

Das Arbeitszylindergehäuse 12 und der Behälterkörper 30 sind in der gezeigten Darstellung als separate Bauteile ausgeführt, welche miteinander verbunden sind. Es ist auch denkbar, das Arbeitszylindergehäuse 12 und den Behälterkörper 30 einstückig auszubilden, beispielsweise als Gussteil. In diesem Fall bilden das Arbeitszylindergehäuse 12 und der Behälterkörper 30 einen Zylinderblock. Die Ausführung als Gussteil hat den Vorteil, dass die Außenkontur des Zylinderblocks bereits beim Gießvorgang festlegbar ist, wodurch der Zerspanungsaufwand bei der Fertigung des Zylinderblocks reduziert wird.

Vorteilhaft ist der Zylinderblock aus einem Grauguss hergestellt. In diesem Fall kann die Oberflächenbehandlung der Laufflächen, was auch als Eloxieren bezeichnet wird, entfallen. Zudem erhöht sich dadurch die Lebensdauer des Federspeicherantriebs. Zur Verminderung von Querkräften, welche durch radiale Bewegungen der Speicherfeder 10, und dabei insbesondere der Stützfeder 28, auftreten können, ist ein hier nicht dargestellter Führungsring vorsehbar. Dieser Führungsring, welcher dann auch Teil der Federsäule und/oder der Stützrohreinheit ist, ist koaxial um das Stützrohr 20 herum derart angeordnet, dass die vorgespannte Speicherfeder 10 den Führungsring gegen die Schulter 26 des Stützrohrs 20 presst.

Der Führungsring ist auf dem Stützrohr in axialer Richtung gleitend gelagert und bewegt sich beim Spannen der Speicherfeder 10 von der Schulter 26 weg. Eine radiale Bewegung des Führungsrings ist nicht möglich.

Bei gespannter Speicherfeder 10 ist der Führungsring dabei radial spielfrei neben dem Druckkörper 16 angeordnet, so dass auch eine radiale Bewegung des Druckkörpers vermieden ist.

Bezugszeichenliste

Speicherfeder

Arbeitszylindergehäuse

Druckkörper

Stützrohr

Abstützring

Anschlag

Schulter

Stützfeder

Behälterkörper

Speicherzylinder

Druckkolben

Arbeitszylinder