Hydrospeicher zur Bereitstellung von Druckfluid

Abstract

 Ein Hydrospeicher zur Erzeugung von Druckfluid für eine hydraulische Anlage, insbesondere zur Betätigung eines Hochspannungs- oder Mittelspannungsleistungsschalter besitzt einen Zylinder (.10), in dem ein Kolben (12) verschiebbar ist. Auf der einen Seite des Kolbens (12) befindet sich das Druckfluid'und der Kolben (12) wird durch eine Federanordnung (44, 46), die bei bekannten Hydrospeichern durch eine Gasfeder gebildet ist, zur Erzeugung des Druckfluids beaufschlagt. Zur Vereinfachung der Anordnung und insbesondere zur Verhinderung von Nachschleusen von Druckgas ist als Federanordnung eine mechanische Federanordnung vorgesehen; man kann dabei Spiralfedern (44, 46) oder auch Schraubenfedern verwenden. Diese Federn erzeugen mechanisch den konstanten Druck im Druckfluid, wobei Mittel (36) vorgesehen sind, um Veränderungen der Federkraft beim Entspannen der Federn auszugleichen, so daß in jeder Stellung des Kolbens (12) im Zylinder (10) der gleiche Druck im Druckfluid herrscht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher zur Bereitstellung von Druckfluid für eine hydraulische Anlage, insbesondere zur Betätigung eines Mittel- oder Hochspannungsleistungsschalters, mit einem Zylinder, in dem ein Kolben bewegbar ist, auf dessen einer Seite sich das Druckfluid befindet, wobei der Kolben durch eine Federanordnung zur Erzeugung des Druckes im Druckfluid beaufschlagt ist.

[0002] Es sind Hydrospeicher der eingangs genannten Art bekanntgeworden, die zur Bereitstellung von Druckfluid, z.B. Hydrauliköl, für eine hydraulische Steueranlage zur Ansteuerung bzw. Betätigung eines HochspannungsLeistungsschalters dienen.

[0003] Es gibt Hydrospeicher, die als Behälter ausgebildet sind und im Inneren dieses Behälters eine Membrane aufweisen. Auf der einen Seite der Membrane befindet sich das Druckfluid und auf der anderen Seite Gas. Das Gas wird unter Druck gesetzt und wirkt, da es kompressibel ist im Vergleich zum Druckfluid, als eine Gasdruckfeder zur Erzeugung des Druckes im Druckfluid. Insbesondere bei Hochspannungsschaltanlagen wird anstatt einer Membran ein Kolben vorgesehen, der im Inneren des als Zylinder ausgebildeten Behälters hin und her verschiebbar angeordnet sind. Bei den letztgenannten Hydrospeichern wird als Gas im allgemeinen Stickstoff N₂ verwendet. Die Ausnutzung des Gases als Gasdruckfeder hat insofern Vorteile, als man durch geeignete Nachspeisung den Druck im Gas und damit auch den Druck im Druckfluid annähernd konstant halten kann. Da aber grundsätzlich Gas nachgefüllt bzw. nachgefördert werden muß, ist der Aufwand, der sich in den Betriebskosten niederschlägt, relativ hoch; darüberhinaus müssen auch besondere Maßnahmen getroffen werden, um ein Eindringen von Gas auf die Seite des Druckfluids und umgekehrt ein Eindringen von Druckfluid auf die.Gasseite und ein Entweichen des vorgespannten Gases in die Atmosphäre zu vermeiden. Bei Änderungen der Temperatur kann sich die Membran oder der Kolben im Behälter verschieben, so daß zum Ausgleich eine entsprechend große Druckfluidmenge vorhanden sei und auf Druck gehalten werden muß, so daß eine ausreichende Versorgung der hydraulischen Steueranlage mit Druckfluid auch bei tiefen Temperaturen sichergestellt ist.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hydrospeicher zu schaffen, bei dem die oben geschilderten Nachteile der bekannten Hydrospeicher vermieden sind. Auch soll ein derartiger Hydrospeicher einfach aufgebaut sein.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Federanordnung mechanische Federn z.B. Schraubenfedern, Tellerfedern oder Spiralfedern Verwendung finden.

[0006] In einer ersten Ausführungsform ist die Federanordnung durch mindestens eine Spiralfeder gebildet, die gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 den Kolben antreibt.

[0007] Es ist nun so, daß die Federkraft derartiger Spiralfedern nicht über den gesamten Federweg konstant bleibt. Aus diesem Grunde wird gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 3 die Rolle als Kurvenscheibe ausgebildet, die derart bemessen und geformt ist, daß die Kraft auf den Kolben auch bei Änderung der Federkraft der Spiralfedern beim Aufwickeln auf die Rolle konstant bleibt.

[0008] Zweckmäßigerweise ist das Band als Kette und demzufolge die Kurvenscheibe, auf die das Band bzw. die Kette aufgewickelt wird, als Zahnradscheibe ausgebildet.

[0009] Es besteht auch die Möglichkeit, anstatt Spiralfedern Zug- oder Druckfedern gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 6 zu verwenden. Die Zug- oder Druckfedern wirken auf.Kipphebel, die gemäß Anspruch 7 die Federkraft auf den Kolben übertragen.

[0010] Durch die mechanische Zuordnung von Kipphebel zu Schrauben und Kolben wird ebenfalls ein Drehmomentenausgleich erzielt, in. dem nämlich der wirksame Hebel des Kipphebels entsprechend der Stellung der Federn bzw. dem Spannungszustand der Federn durch Verschwenken der Kipphebel verkleinert oder vergrößert wird.

[0011] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransrüchen zu entnehmen.

[0012] Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Hydrospeichers bestehen darin, daß Änderungen des Druckes im Druckfluid, die bei Gasdruckspeichern wegen Leckage des Gases und wegen der Temperaturabhängigkeit des Gases auftreten können, vermieden werden. Damit braucht die Druckfluidmenge nicht größer als notwendig zu sein und auch zusätzliche Aufwendungen, die zur Aufrechterhaltung des Gasdruckes erforderlich sind, wie z.B. Einrichtungen zum Nachspeisen von Gas bei einer Leckage, können wegfallen. Auch ist nur für ausreichende Dichtigkeit gegen Austreten von Druckfluid zu sorgen; nicht aber sind Maßnahmen zu treffen, um ein Eindringen von Gas in das Druckfluid zu verhindern. Dadurch ist der erfindungsgemäße Hydrospeicher in der Herstellung und insbesondere im Betrieb deutlich kostengünstiger als ein Gasdruck-Hydrospeicher.

[0013] Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

[0014] Es zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Hydrospeichers,

Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß Linie II-II der Fig.1,

Fig. 3 eine Seitensicht einer zweiten Ausführungsform eines Hydrospeichers und

Fig. 4 eine Ausicht von unten auf den Hydrospeicher nach Fig. 3.

[0015] Es sei zunächst bezug genommen auf die Fig. 2.

[0016] Die Figur 2 zeigt eine Zylinderanordnung 10, in deren Innenraum ein Kolben 12 zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist. Links von der Mittellinie ist der Kolben 12 bei vollständig gefülltem Zylinder und rechts von der Mittellinie ist der Kolben 12 bei vollständig entleertem Zylinder dargestellt. Der Raum 14 oberhalb des Kolbens ist der das Druckfluid aufnehmende Raum. Nach unten hin ist der Zylinder mittels eines Deckels 16 und nach oben hin mittels eines weiteren Deckels 18 druckdicht abgeschlossen, wobei der weitere Deckel 18 einen ins Innere des Raumes 12 ragenden ringförmigen Fortsatz 20 aufweist, der zur Begrenzung des Weges des Kolbens 12 dient. An der oberen Fläche des Kolbens ist eine Kolbenstange 22 angebracht, die durch den ringförmigen Fortsatz 20 und den weiteren Deckel 18 hindurch nach außen geführt ist. Am äußeren Ende der Kolbenstange 22 ist ein Ansatz 24 angebracht, an der eine Kette 26 befestigt ist. Diese Kette 26 ist ähnlich einer Fahrradkette ausgebildet und besteht aus mehreren Kettengliedern. Im Bereich des ringförmigen Fortsatzes 20 besitzt der Zylinder einen quer zur Mittelachse des Zylinders verlaufenden Auslaß 28, der in einen parallel zur Mittelachse des Zylinders 10 verlaufenden Durchlaß 30 einmündet; dieser Durchlaß 30 durchdringt auch den Deckel 16. Im mittleren Bereich des Deckels 16 ist eine weitere Öffnung 32 vorgesehen. Wenn nun von der hydraulischen Steueranlage, die am Durchlaß 30 angeschlossen ist, Öl gebraucht wird, dann wird das Öl, das unter dem Druck des Kolbens 12, der in Pfeilrichtung F beaufschlagt ist, steht und das sich im Raum 14 befindet, in Pfeilrichtung G durch den Auslaß 20 und den Durchlaß 30 hin zur hydraulischen Anlage gepreßt. Der Kolben 12 ist natürlich im Inneren des Zylinders dicht geführt, ebenso wie zwischen dem Deckel 16 bzw. 18 und dem Zylinder 10 je eine Dichtung vorgesehen ist. Wie die einzelnen Elemente zusammengehalten sind, ist hier von geringerer Bedeutung; sie können beispielsweise mittels Flanschverbindungen oder sonstiger Befestigungselementen miteinander gekuppelt werden.

[0017] Mit ihrem freien Ende ist die Kette 26 an einer Kurvenscheibe 34 befestigt, deren Radius R sich spiralförmig verkleinert, so daß eine Kurvenfläche 36 gebildet ist, deren Aufgabe weiter unten näher erläutert werden soll. Die Kurvenscheibe 34 ist an einer Antriebswelle 38 befestigt, die mit einem Zahnrad 40 gekuppelt ist. Dieses Zahnrad ist zusammen mit der Antriebswelle 38 auf einer Grundplatte 42 aufgelagert.

[0018] Zwischen der Antriebswelle 38 und dem Zahnrad 40 befinden sich Spiralfederpakete 44 und 46, 48 und 50 (siehe Figur 1) aufgelagert, die auf zwei Achsen 52 und 54 wirken, auf denen Zahnräder 56 und 58 (siehe Figur 2) befestigt sind. Die Zahnräder 56 und 58 und das Zahnrad 40 sind von einer Antriebskette 60 umschlungen. Anstatt einer Antriebskette 60 kann auch ein Zahnriemen oder dergleichen verwendet werden.

[0019] Unmittelbar im Bereich des Zahnrades 40 befindet sich ein Umlenkrad 62, dessen Pheripherie die Verlängerung der Mittellinie der Kolbenstange tangiert, der Gestalt, daß in dem Bereich zwischen dem Tangentialpunkt T und dem Angriffspunkt der Kette 26 an der Kolbenstange die Kette 26 immer exakt in Richtung der Kolbenstange verläuft.

[0020] Aus der Figur 1 ist ersichtlich, daß zwei Zahnräderpaare jeweils einander zugeordnet sind; demzufolge sind auch zwei Antriebsketten 60 vorgesehen. Die Spiralfederpakete 44 bis 50 sind von einem Gehäuse 64 umgeben, in dem vier Spiralfedern 66, von denen je zwei auf eine der Achsen 52 und 54 wirken, untergebracht sind.

[0021] Wenn Drucköl entnommen wird, dann geben die Spiralfedern ihre Kraft an die Antriebskette 60 weiter, wodurch das Zahnrad 40 verdreht wird und die Kette 26 auf der Kurvenfläche 36 aufgewickelt wird. Dementsprechend kann auch die Kurvenfläche 36 eine Zahnradausbildung haben, die der Kette bzw. der Abstand der Kettenglieder der Kette 60 angepaßt ist.

[0022] Wenn die Spiralfedern eine bestimmte Energie abgegeben haben, wird sich ihre Federkraft aufgrund der Federkennlinie der Spiralfedern ändern. Diese Änderung der Federkraft kann durch die Kurvenfläche 36 ausgeglichen werden. Beim Aufwickeln der Kette 26 auf die Kurvenfläche 36 ändert sich der Radius des Kraftangriffspunktes an der Kette 26 und damit das auf die Kette 26 wirkende Drehmoment und damit die Antriebskraft für den Kolben. Man kann durch geeignete Bemessung der Kurvenfläche 36 eine in jedem Stand des Kolbens konstante Antriebskraft bzw. Anzugskraft und damit einen in jeder Stellung des Kolbens annähernd konstanten Druck erzeugen.

[0023] Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.

[0024] Auf einer Grundplatte 70 ist mittels Schraubenverbindungen 72 ein Zylinder 74, der rohrförmig ausgebildet ist, aufgeschraubt. Im Inneren des Zylinders 74 ist ein Kolben 76 hin und her beweglich verschiebbar. In der Grundplatte 70 befindet sich eine Auslaßöffnung 76, die mit der hydraulischen Anlage verbunden ist. Zwischen der Grundplatte 70, dem Zylinder 74 und dem Kolben 76 befindet sich der Hochdruckraum 80. Auf der dem Hochdruckraum gegenüberliegenden Seite des Kolbens 76 ist an dem Kolben eine Kolbenstange 82 befestigt. Auf der der Grundplatte 70 gegenüberliegenden Stirnfläche des Zylinders ist ein Behälter 84 mittels einer Schraubverbindung 86 befestigt, der eine Außenwandung 88 und eine Innenwandung 90 besitzt, wobei die Innenwandung nur annähernd die Hälfte der Außenwandung 88 überdeckt. Am freien Ende, also im mittleren Bereich, ist die Innenwandung 90 mittels eines Deckels 92 mit einer Durchgangsöffnung 94 abgedeckt. Die Außenwandung 88 ist nach oben hin mittels eines Abschlußdeckels 96 abgeschlossen. In dem durch die Innenwandung 90 und die Außenwandung 88 gebildeten Raum befindet sich sogenanntes beruhigtes Öl mit Niederdruck, wogegen außerhalb des Deckels 92, aber noch innerhalb des durch die Außenwandung 88 und den Abschlußdeckel 96 gebildeten Raum aufgeschäumtes Öl mit Niederdruck vorhanden ist. Die Kolbenstange 82 durchgreift abgedichtet den Deckel 96; an ihrem oberen Ende ist ein Auflagering 98 beispielsweise mittels einer Schraubverbindung fest angebracht. Dieser Auflagering 98 besitzt auf seiner der Kolbenstange gegenüberliegenden Seite einen Zapfen 100, der in einer Bohrung 102 eines mit der Grundplatte 70 mittels Bolzen 104 fest verbundenen Traversenelementes 106 geführt ist. Am Auflagering 98 befindet sich eine radial verlaufende Auflagefläche 108.

[0025] Die Grundplatte 70 besitzt am Umfang verteilt Ausnehmungen 110, die zum Durchlaß eines Rohres 112 dienen. Oberhalb der Grundplatte stützt sich eine Auflageplatte 120 auf zwei Lagerbolzen 122 auf der Grundplatte ab.

[0026] Am oberen Ende der Stange 112 befindet sich eine Auflage 124, an der eine Lasche 126 angebracht ist, die von einem Bolzen 128 durchgriffen ist, mit dem sie an einem Doppelarmhebel 130 angelenkt ist. Zwischen der Auflage 124 und der Platte 120 befindet sich ein Tellerfederpaket aus einer Anzahl von Tellerfedern 132. Aus der Figur 4 ist ersichtlich, daß am Umfang insgesamt sechs derartiger Tellerfederkonstruktionen und sechs Doppelarmhebel 130 angeordnet sind.

[0027] Der Doppelarmhebel 130 ist an einem Fortsatz 134 an dem Traversenelement über eine Achse 136 gelenkig aufgelagert. Das innere Ende des Doppelarmhebels besitzt eine ballige Ausformung 138, die auf der Fläche'108 aufliegt. Die Platte 124 ist gegen die Platte 120 verschiebbar, so daß die Tellerfedern 132 gespannt (siehe links von der Mittellinie) oder entspannt (siehe rechts von der Mittellinie der Fig. 3) sein können. Die Tellerfederpakete 132 sind aufgrund ihrer Auflagerung in dem Lagerbolzen 122 in Doppelpfeilrichtung T verschwenkbar, wie man aus der Anordnung der beiden Tellerfedern links und rechts der Mittelachse erkennen kann. In der Anordnung links ist der Abstand D1 + D2 klein und in der Anordnung rechts hat sich dieser. Abstand vergrößert, wodurch das durch die Tellerfedern 132 bewirkte und erzeugte Drehmoment auf den Ring 98 vergrößert wird. Im völlig gespannten Zustand ist dieses Drehmoment annähernd so groß wie im entspannten Zustand, wodurch die auf dem Ring 98 ausgeübte Druckkraft auch bei kleiner werdender Federkraft annähernd konstant bleibt.

[0028] Wie gesagt, ist die Anordnung auf der linken Seite der Mittellinie im gespannten Zustand, d.h., daß sich der Kolben in der Stellung befindet, in der der Speicher vollständig mit Druckfluid gefüllt ist. Wenn nun bei einer Schalthandlung oder bei einer Steuerhandlung in der hydraulischen Steueranlage durch die Öffnung oder den Durchlaß 76 Drucköl abgezapft oder entnommen wird, bewegt sich der Kolben unter dem Druck der Federn 132 nach unten, wodurch die Tellerfederpakete an ihrem oberen Ende mit ihrer Achse 128 nach außen verschwenken; aufgrund der vergrößerten Hebelwirkung wird die Verringerung der Federkraft bei weiterer Entspannung ausgeglichen, so daß durch die Hebelwirkung der Doppelarmhebel 130 der Druck im Fluid annähernd konstant gehalten wird.

[0029] Anstatt mehrerer Tellerfederpakete können auch Schraubenfedern verwendet werden; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, nur eine einzige Schraubenfeder zu verwenden; diese muß allerdings entsprechend groß ausgebildet sein und darüber hinaus ist auch erforderlich, eine die gesamte Anordnung umfassende Tragplatte im oberen Bereich vorzusehen, die dann auf die Winkelhebel 130, die allerdings nicht mit der Schraube gelenkig verbunden sein können, einwirkt.

[0030] Im Kolben 76 ist ein Entlastungsventil 140 untergebracht, das mit einer Ventilstange 142 den Kolben 76 durchgreift und diesen auf der dem Hochdruckraum 80 entgegengesetzten Seite überragt. Wenn der Kolben 76 in die oberste Stellung vom Druckfluid z.B. aufgrund einer Überlastung im hydraulischen Steuersystem gedrückt wird, schlägt die Ventilstange 142 gegen eine Begrenzungsfläche 144 am Niederdruckbehälter 84, 88, 90 und 96 an und öffnet das Entlastungsventil 140, so daß ein Durchlaß vom Hochdruckraum 80 zum Niederdruckraum freigegeben wird.

Ansprüche

1. Hydrospeicher zur Bereitstellung von Druckfluid für eine hydraulische Anlage, insbesondere zur Betätigung eines Mittel- oder Hochspannungsleistungsschalters, mit einem Zylinder, in dem ein Kolben bewegbar ist, auf dessen einer Seite sich das Druckfluid befindet, wobei der Kolben durch eine Federanordnung zur Erzeugung des Druckes im Druckfluid beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Federanordnung mechanische Federn (44, 46, 48, 50; 132), z.B. Schraubenfedern, Tellerfedern oder Spiralfedern Verwendung finden.

2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung durch mindestens eine Spiralfeder (44 bis 50; 66) gebildet ist, die auf ein Antriebsritzel (40) eines Bandzuges (26) wirkt und diesen in Drehung zu versetzen und den Bandzug auf eine Rolle (34, 36) aufzuwickeln bestrebt ist, welcher Bandzug mit dem Kolben (12) bzw. der Kolbenstange des Kolbens verbunden ist.

3. Hydrospeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (34, 36) eine Kurvenscheibe ist, deren Kurvenfläche derart bemessen ist, daß die Kraft auf den Kolben (12) auch bei Änderung der Federkräfte beim Aufwickeln konstant bleibt.

4. Hydrospeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandzug (26) eine Kette ist und die Kurvenscheibe (34) als Zahnradscheibe ausgebildet ist.

5. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kurvenscheibe (34) und Kolben (12) bzw. Kolbenstange (22) eine Umlenkrolle (62) für den Bandzug (26) vorgesehen ist, deren Rand den Bereich der Verlängerungslinie der Kolbenmittellinie tangiert, so daß der Bandzug immer in Richtung der Kolbenmittellinie verläuft.

6. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Federanordnung mindestens eine Zug-oder Druckfeder (132), z.B. Schrauben- oder Tellerfeder, Verwendung findet, wobei dann, wenn mehrere Federn vorgesehen sind, diese am Umfang des Hydrospeichers gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

7. Hydrospeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfedern (132) an einem Ende an jeweils einem annähernd in seiner Mitte dreh- bzw. schwenkbar gelagerten Kipphebel (130) angreifen, dessen anderes, inneres Ende auf den Kolben (76) einwirkt.

8. Hydrospeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kipphebel (130) bezogen auf die Mittelachse des Kolbens (76) annähernd senkrecht dazu angeordnet sind, wobei die Schwenkebene der Kipphebel durch die Mittelachse des Kolbens verläuft.

9. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kipphebel (130) zumindest an ihren dem Kolben (76) zugewandten Ende in dem Auflagerungsbereich eine annähernd halbkreisförmige Kurvenfläche (138) aufweisen, die gegen eine mit dem Kolben verbundene Auflagefläche (108) anliegen.

10. Hydrospeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundplatte (70) vorgesehen ist, auf der der Zylinder (74) befestigt ist, in dem sich der Kolben (76) bewegt, daß mittels Verbindungsbolzen (104) in Abstand zu der Grundplatte ein Traversenelement (106) vorgesehen ist, wobei der Zylinder und die Kolbenstange zwischen der Grundplatte und dem Traversenelement untergebracht sind, und daß die Kipphebel (130) an dem Traversenelement gelenkig aufgelagert sind.

11. Hydrospeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckraum (80) und der Niederdruckraum der hydraulischen Anlage eine Einheit miteinander bilden, daß die Kolbenstange (82) durch die Niederdruckeinheit hindurchgreift und an ihrem freien Ende einen Auflagering (98) aufweist, der die quer zur Mittelachse der Kolbenstange verlaufende Auflagefläche (108) bildet.

12. Hydrospeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben ein Entlastungsventil vorgesehen ist, das beim Anschlag des Kolbens gegen eine Begrenzungsfläche am Zylinder geöffnet wird und den Hochdruckraum auf der einen Seite des.Kolbens mit dem Niederdruckraum im Bereich der Kolbenstange verbindet.

Zeichnung