Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetriebenen Antrieb gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und dem gemeinsamen Oberbegriff der Patentansprüche 3 und 4.
Ein derartiger Antrieb ist aus der DE-A 2554892 bekannt. Beim bekannten Antrieb wird der Rückhub von hydraulisch betätigten Arbeitszylindern beschleunigt, indem man einem normalerweise allein betätigten Steuer- oder Umschaltventil ein zusätzliches steuerbares Umgehungsventil parallel schaltet und beide Ventile mittels einer Ausschaltventilanordnung gleichzeitig ansteuert. Hierbei benötigt die Ausschaltventilanordnung einen Abströmquerschnitt, der zum gemeinsamen hydraulischen Ansteuern von Umschalt- und Umgehungsventil bemessen ist.
Ein weiterer druckmittelbetriebener Antrieb ist aus der CH-A 539784 bekannt. Bei diesem Antrieb ist der Raum oberhalb der kleineren Kolbenfläche des Differentialkolbens ständig mit dem Druck eines Fluids beaufschlagt, wohingegen dem Raum oberhalb der grösseren Kolbenfläche mittels des Umschaltventils Fluid unter Druck zuführbar ist oder dieses unter Druck stehende Fluid in diesem Raum zum Niederdruckbehälter freigebbar ist. Dieser Antrieb ist vorzugsweise zur Betätigung der Kontatkanordnung eines Hochspannungs-Leistungsschalters geeignet, wobei der Schalter durch Beaufschlagung des oberhalb der grösseren Kolbenfläche des Differentialkolbens befindlichen Raumes mit Fluid unter Druck über eine mit dem Differentialkolben verbundene Kolbenstange in der Einschaltstellung gehalten wird. Um den Schatter auszuschalten, wird das Umschaltventil umgesteuert, sodass der Raum oberhalb der grösseren Kolbenfläche des Differentialkolbens mit dem Niederdruckbehälter in Verbindung gelangt. Hierdurch wird der Druck im Raum oberhalb der grösseren Kolbenfläche plötzlich verringert, so dass der ständige Druck des Fluids im Raum oberhalb der kleineren Kolbenfläche den Kolben zusammen mit der Kolbenstange und dem beweglichen Teil der Kontakanordnung des Schalters in Ausschaltstellung verbringt.
Insbesondere bei Antrieben für Hochspannungs-Leistungsschalter ist es notwendig, dass der Antriebskolben sich in einer kurzen Zeitspanne nach Abgabe des Schaltbefehls in Bewegung setzt, und dass die Bewegung des Kolbens ausserdem noch mit hoher Geschwindigkeit erfolgt. Dies bedingt aber grosse spezifische (d. h. pro Zeiteinheit durch den Ausschnitt des Umschaltventils tretende) Mengen an Fluid und damit einen grossen Ventilquerschnitt. Ein solches Ventil ist kostspielig und kann nicht unmittelbar etwa über eine Magnetspule angesteuert werden, sondern nur über eine oder mehrere dazwischen geschaltete Verstärkerventil-Stufen. Jede Ventilstufe bedingt eine gewisse Reaktionszeit. Die Summe der Reaktionszeiten aller Ventilstufen bestimmt als wesentlicher Faktor die Schaltzeit, welche hierdurch für viele Schaltfälle schon zu lang wird.
In der Montage- und Betriebsanleitung Nr. 457/7126 von 8.70 «Druckluftgeräte» der Firma Siemens ist ein pneumatischer Antrieb für elektrische Schalter beschrieben. Dieser Antrieb weist einen in einem Antriebszylinder gleitend geführten und über eine Kolbenstange auf den elektrischen Schalter wirkenden Antriebskolben auf. Zum Einschalten des Schalters wird der Antriebskolben von Druckluft angetrieben, welche dem Antriebszylinder aus einer Druckluftquelle über ein geöffnetes Einlassventil zugeführt wird. Zum Ausschalten wird der Antriebskolben von einer gespannten Ausschaltfeder in Gegenrichtung bewegt. Beim Ausschalten wird im Antriebszylinder befindliche Luft durch ein pneumatisch ansteuerbares Auslassventil ausgeschoben. Wenn der Antriebskolben beim Ausschalthub die Auslassöffnung des Auslassventils abdeckt, so entweicht ein Teil der Luft durch das Einlassventil Dieser Antrieb benötigt eine den Antriebskolben in der Einschaltstellung entgegen der Kraft der Ausschaltfeder haltende Verklinkungseinrichtung. Eine solche Verklinkungseinrichtung ist aufwendig und störanfällig.
In der Betriebsanweisung «Giessharzschalter Reihe 10-30» der Firma AEG vom Mai 1965 ist in Bild 7e der Wirkschaltplan eines pneumatischen Antriebs für elektrische Schalter des Typs DM 825, DM 835 angegeben. Bei diesem Antrieb werden beim Einschalten drei Antriebszylinder über zwei zueinander parallelgeschaltete und über ein Einschaltventil pneumatisch gemeinsam angesteuerte Absperrventile mit einer Druckluftquelle verbunden.
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1, 3 und 4 definiert ist, löst die Aufgabe, einen Antrieb der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Ausschaltventilanordnung klein gehalten werden kann.
Der erfindungsgemässe Antrieb lässt sich äusserst preiswert gestalten, da die Ausschaltventilanordnung mit vergleichweise geringem Abströmquerschnitt auskommt. Dies ist dadurch bedingt, dass das den Start des Antriebs beim Ausschalten einleitende mindestens eine Ausschaltventil der Ausschaltventilanordnung lediglich zur Ansteuerung des Umschaltventils bemessen zu sein braucht.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen in Form von Schaltungen dargestellt:
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleiche Teile und sind unter Hochdruck stehende Leitungen dick und unter Niederdruck stehende Leitungen dünn ausgezogen. In der linken Hälfte jeder Figur ist jeweils die Einschaltstellung, in der rechten Hälfte jeweils die Ausschaltstellung des dargestellten Antriebs angegeben.
Zur Bestätigung des Kontaktsystems eines nicht dargestellten Hochspannungs-Leistungsschalters weist der aus Fig. 1 ersichtliche Antrieb eine am Kolben 16 einer Kolben-Zylinder-Anordnung 14 befestigte Kolbenstange 12 auf. Der im Inneren der Anordnung 14 befindliche Kolben 16 unterteilt einen Zylinderraum 18 in zwei Räume 20 und 22.
Der Raum 20 wird von der Kolbenstange 12 durchgriffen und befindet sich oberhalb der kleineren Fläche des Kolbens 16, wohingegen der Raum 22 die Abmessung der gesamten Kolbenfläche überdeckt. Dadurch wirkt der Kolben 16 als Differentialkolben.
Der Raum 20 oberhalb der kleineren Kolbenfläche steht mit einem Hydraulik-Hochdruckspeicher 24 über eine Leitung 26 in Verbindung, an der eine weitere Leitung 28 angeschlossen ist, die einerseits auf einen Eingang 30 eines als Drei/ Zwei-Wegventils ausgebildeten Umschaltventils 32 mit einem Steuerorgan 33 geschaltet ist. Der Ausgang 34 des Ventils 32 ist über eine Leitung 36 mit dem Raum 22 oberhalb der grösseren Kolbenfläche verbunden. Der zweite Ausgang 38 des Ventils 32 ist über eine Leitung 40, 42 und 44 mit einem Niederdurckbehälter 46 verbunden. An die Leitung 36 ist der Eingang 58 eines steuerbaren Ventils 56 angeschlossen, der Ausgang 60 dieses Ventils ist an die Leitung 40 angeschlossen und damit über die Leitung 42 und 44 an den Niederdruckbehälter.
37 bezeichnet einen Verzweigungspunkt in einer Verbindungsleitung 39 und 63 zwischen dem Steuerorgan 33 und den Eingängen 65, 67 von elektromagnetisch betätigbaren Ausschaltventilen 66 und 68. Von dem Verzweigungspunkt 37 führt eine Rohrleitung 61 über ein als Blende 62 ausgebildetes Zeitglied zu einem Steuerorgan 57 des steuerbaren Ventils 56. Mit 64 ist ein Einschaltventil bezeichnet.
Dieser Antrieb wirkt nun wie folgt: Beim Ausschalten wird zunächst mindestens eines der Ausschaltventile 66, 68 betätigt. Hierdurch wird der in der Einschaltstellung (vgl. die linke Hälfte der Fig. 1a) hohe Fluiddruck in der Leitung 63, 39 und damit auch in einem Druckentlastungsraum des Steuerorgans 33 abgebaut. Das Umschaltventil 32 wird aufgrund einer nicht näher erläuterten Differentialwirkung des Steuerorgans 33 umgeschaltet und das im Raum 22 unter hohem Druck stehende Fluid beginnt über die Leitung 36, das Ventil 32 und die Leitungen 40, 42 und 44 in den Niederdruckbehälter 46 abzuströmen. Der Raum 22 ist nun druckentlastet und der Differentialkolben 16 wird zusammen mit der Kolbenstange 12 und dem daran angebrachten Teil der Kontaktanordnung des Schalters aus dem Ruhezustand heraus beschleunigt. Der Kolben 16 verdrängt mit zunehmender Geschwindigkeit pro Zeiteinheit wachsende Flüssigkeitsvolumina aus dem Raum 22. Um zu verhindern, dass nach einer bestimmten Zeitspanne ab Bewegungsbeginn des Kolbens 16 der Abströmquerschnitt des Ventils 32 als Blende wirkt und einen die Bewegung des Kolbens 16 verzögernden Gegendruck aufbaut, wird vor Ablauf dieser Zeitspanne Fluid aus dem Raum 22 auch über das weitere steuerbare Ventil 56 entfernt. Dies wird dadurch erreicht, dass bei der Druckentlastung der Leitungen 63, 39 infolge Betätigung der Ausschaltventile 66, 68 gleichzeitig auch Druckmittel aus einem Druckentlastungsraum des Steuerorgans 57 des Ventils 56 über die Blende 62, die Leitungen 61 und 63 und die Ausschaltventile 66, 68 zum Niederdruckbehälter 46 abzuströmen beginnt. Wegen der Blende 62 strömt dieses Fluid gegenüber dem Fluid aus dem Druckentlastungsraum des Steuerorgans 33 verzögert ab, so dass die Ausschaltventile 66 und 68 praktisch lediglich Ventilquerschnitte aufweisen müssen, die auf das in der Anfangsphase aus dem Druckentlastungsraüm des Steuerorgans 33 abströmende Fluidvolumen bemessen sind. Nach einer durch eine Änderung des Blendenquerschnitts leicht zu regulierenden Verzögerung schaltet das als Differentialkolben wirkende Steuerorgan 57 das Ventil 56 um, und das Fluid des Raumes 22 kann nun - in oben erwähnter Weise - auch über das Ventil 56 und die Leitungen 42 und 44 in den Niederdruckbehälter 48 abströmen.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 wird eine Zeitverzögerung bei der Ansteuerung des Ventils 56 dadurch bewirkt, dass das Steuerorgan 57 dieses Ventils mit dem Raum 22 in Verbindung steht. Werden nämlich die Ausschaltventile 66 und 68 betätigt, so wird über die Leitungen 63 und 39 zunächst das Steuerorgan 33 des Umschaltventils 32 umgesteuert und der Raum 22 nach Umschalten des Ventils 32 über die Leitung 36, das Ventil 32 und die Leitungen 42 und 44 druckentlastet. Nun wird auch der Druckentlastungsraum des Steuerorgans 57 des Ventils 56 entlastet und das Ventil 56 umgesteuert.
Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass das Fluid des Druckentlastungsraumes des Steuerorgans 57 nicht über die Ausschaltventile 66, 68 sondern über die Leitung 36 des Umsteuerventils 32 und die Leitungen 42, 44 abfliesst, und dass durch Verbindung des Raumes 22 und des Druckentlastungsraumes des Steuerorgans 57 die Verzögerung zwischen Ausschaltbefehl und Ansprechen des weiteren steuerbaren Ventils praktisch gerade so bemessen ist, dass dieses Ventil gerade dann anspricht, wenn der Kolben beginnt, sich zu bewegen.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 3 bewirkt eine verzögerte Ansteuerung des Ventils 56 über eine Vorrichtung 70, welche ein die Position des Differentialkolbens 16 angebendes Signal erzeugt. Dieses Signal wird vorzugsweise auf elektrischem oder mechanischem Wege auf ein auf dieses Signal ansprechendes Steuerorgan 57 gegeben. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Ventil 56 wegen des mechanisch oder elektrisch betätigbaren Steuerorgans besonders kostengünstig ist.