EP0973183B1 - Antriebseinrichtung zur Betätigung eines Trennschalters - Google Patents
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- H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
- H01H3/24—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using pneumatic or hydraulic actuator
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- H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
Definitions
- the invention relates to a hereinafter referred to as a circuit breaker drive means for actuating the circuit breaker with a housing in which at least one actuator, a Krafter Wegungs- and transfer unit for moving the actuator and a control unit are arranged, wherein the force generating and transmission unit designed electro-hydraulically is and an electric drive motor, a hydraulic pump and a hydraulic cylinder, which is mechanically coupled to the actuator comprises.
- Disconnectors are used in particular in the catenary track-guided transport and serve there especially the operation of voltage cut-off.
- Such cutters are primarily safety switches and the circuit is signal controlled over long distances.
- the circuit breaker must therefore work very reliable, fast and even after a longer life and after a long period of inactivity to operate on the actuator voltage cut-off can.
- Disconnectors are exposed to the weather and have an at least splash-proof housing, which is penetrated by the actuator, usually a shift rod with clevis.
- the actuator usually a shift rod with clevis.
- an electric motor and a gear transmission are arranged, which is in engagement with the shift rod.
- About multicore supply lines are on the one hand the operating current, on the other hand supplied control signals, which are converted by a controller to control the electric motor for the method of the shift rod.
- the conventional circuit breakers bring a number of disadvantages.
- the gear arrangement causes a large noise, which is often undesirable, for example, when used in urban tram area.
- conventional disconnectors have crank gears. For a travel of, for example, 200 mm, however, 60 to 80 revolutions are required, so that the shutdown is time consuming.
- the circuit breaker described herein instead of a gear drive driven by an electric drive motor, has a force generating and transmitting unit for moving the actuator, the power generating and transmitting unit being electrohydraulically configured and including an electric drive motor, a hydraulic pump, and a hydraulic cylinder.
- the hydraulic cylinder of the force generating and transmitting unit is mechanically coupled to the actuator. This mechanical coupling is realized by a gear transmission by the hydraulic cylinder carries an external toothing, in which a corresponding thereto designed gear engages, which in turn is in turn connected to the actuator.
- the present invention seeks to improve a circuit breaker of the generic type such that it is economical to manufacture, easy to assemble and maintain and is extremely reliable while avoiding the above-mentioned disadvantages even after prolonged downtime.
- the hydraulic cylinder is mechanically coupled via a driver with the actuator.
- the circuit breaker according to the invention comprises an electric drive motor, a hydraulic unit with a hydraulic pump and a hydraulic cylinder which can be connected to the actuator. It is thus modular in structure, so that both the assembly and the maintenance are very simplified.
- the electric motor can be designed much weaker than is required in the prior art, although the circuit breaker according to the invention generates higher switching forces. As a result, not least the range of distance is increased considerably, up to eight kilometers when using power lines with 2.5 mm 2 .
- the invention also makes it possible that the electric drive requires solar power.
- a completely new control technology in the relevant field of application can be introduced by the circuit breakers are spatially more flexible.
- the Control signals are supplied in alternative ways, for example via optical fibers, radio, digital networks and the like.
- the hydraulic pump is preferably a Reversier facedung and the hydraulic cylinder is a differential actuator.
- the accuracy is improved and increases the generative forces.
- the circuit breaker according to the invention on a hydraulic hand pump. With only three to four strokes, the entire travel can be driven. Furthermore, it is provided that the circuit breaker comprises a hydraulic locking device to preclude an adjustment. It is also proposed that the circuit breaker according to the invention comprises adjustable electrical limit switches. These can be adjusted to the respective switching situation and the circuit breaker can be used flexibly.
- the circuit breaker has a control unit, which controls the electric motor for the hydraulic pump in response to incoming control signals.
- the control unit is designed for wireless signal reception.
- the circuit breaker according to the invention is arranged in a watertight sealable housing.
- a safety switch is arranged on a housing cover. With an opening of the housing cover or the housing door thus takes place for safety reasons an activation of the control unit.
- a circuit breaker is provided with a housing 2, preferably a plastic housing. This can be closed with a door, not shown, via the lid seal 10 waterproof.
- a Differentialstellzylinder 3 is actuated, which is mechanically coupled via a driver 12 with the control rod 1, which transmits the actuating force directly via the clevis 9 on a switch element, not shown.
- the control rod 1 is guided by rod guides 11 and 15, the upper also comprising a watertight seal.
- the positioning movement is carried out in both directions in the same direction.
- the force is also identical, but variably adjustable. However, different force profiles can be realized with simple means.
- An actuation of the remote control unit for disconnectors is possible only by a control of the electric motor 7, alternatively by electro- or hand-hydraulic adjustment.
- the manual adjustment is carried out by means of pumping movement on the hand pump 6 with a knob, not shown, and preferably housed in the housing door knob.
- the embodiment is illustrative and not limiting.
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
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Description
- Die Erfindung betrifft eine im nachfolgende auch als Trennschalter bezeichnete Antriebseinrichtung zur Betätigung des Trennschalters mit einem Gehäuse, in welchem wenigstens ein Stellglied, eine Krafterzeugungs- und -übertragungseinheit zur Bewegung des Stellgliedes und eine Steuereinheit angeordnet sind, wobei die Krafterzeugungs- und -übertragungseinheit elektrohydraulisch ausgelegt ist und einen elektrischen Antriebsmotor, eine Hydraulikpumpe und einen Hydraulikzylinder, der mit dem Stellglied mechanisch gekoppelt ist, umfaßt.
- Trennschalter werden insbesondere im Fahrleitungsbereich spurgeführter Verkehrsmittel eingesetzt und dienen dort vor allem der Betätigung von Spannungsabschaltern. Solche Abschalter sind in erster Linie Sicherheitsschalter und die Schaltung erfolgt signalgesteuert über größere Entfernungen. Die Trennschalter müssen also sehr zuverlässig, schnell und auch nach längerer Standzeit und nach längerem Stillstand arbeiten, um über das Stellglied Spannungsabschalter betätigen zu können.
- Trennschalter sind der Witterung ausgesetzt und weisen ein zumindest spritzwasserdichtes Gehäuse auf, welches von dem Stellglied, meist eine Schaltstange mit Gabelkopf, durchragt wird. Im Gehäuse sind bei herkömmlichen Trennschaltern ein Elektromotor und ein Zahnradgetriebe angeordnet, welches mit der Schaltstange im Eingriff ist. Über mehradrige Zuleitungen werden einerseits der Betriebsstrom, andererseits Steuersignale zugeführt, die von einer Steuerung umgesetzt werden, um den Elektromotor für das Verfahren der Schaltstange anzusteuern.
- Die herkömmlichen Trennschalter bringen eine Reihe von Nachteilen mit sich. Durch die Verwendung von Zahnradgetrieben sind die Herstellung, vor allem aber die Montage und Einstellung der Teile relativ zueinander aufwendig. Bei Störungen ist daher häufig der gesamte Trennschalter auszutauschen. Schaltpositionen und Schaltweg sind nicht sehr exakt einstellbar. Vor allem bei Kälte aber auch mit zunehmender Standzeit wird das Getriebe äußerst schwergängig. Es kommt zum sogenannten "springen" des Getriebes. Da auch die Spannungsabschalter der Witterung ausgesetzt sind, werden sehr große Schaltkräfte benötigt. Dies erfordert starke Elektromotoren, welche eine hohe Stromaufnahme haben. Dadurch wird die Stellentfernung stark beschränkt und liegt meist bei maximal zwei Kilometern, da darüber hinaus die erforderliche elektrische Energie nicht mehr mit herkömmlichen Leitungen angeliefert werden kann. Anderenfalls würde jedoch die Installation verteuert. Die Getriebeanordnung bewirkt eine große Geräuschentwicklung, was häufig unerwünscht ist, beispielsweise beim Einsatz im städtischen Straßenbahnbereich. Für den Störungsfall weisen herkömmliche Trennschalter Kurbelgetriebe auf. Für einen Stellweg von beispielsweise 200 mm werden jedoch 60 bis 80 Umdrehungen benötigt, so daß die Abschaltung zeitaufwendig wird.
- Ein die vorbeschriebenen Nachteile zumindest teilweise überwindender, gattungsgemäßer Trennschalter ist aus der DE 37 10 376 A1 bekannt. Der hier beschriebene Trennschalter verfügt anstelle eines von einem elektrischen Antriebsmotor angetriebenen Zahnradgetriebes über eine Krafterzeugungs- und -übertragungseinheit zur Bewegung des Stellgliedes, wobei die Krafterzeugungs- und -übertragungseinheit elektrohydraulisch ausgelegt ist und einen elektrischen Antriebsmotor, eine Hydraulikpumpe und einen Hydraulikzylinder umfaßt. Zur Übertragung einer Stellkraft von der Krafterzeugungs- und -übertragungseinheit auf das Stellglied ist der Hydraulikzylinder der Krafterzeugungs- und -übertragungseinheit mit dem Stellglied mechanisch gekoppelt. Diese mechanische Koppelung ist durch ein Zahnradgetriebe realisiert, indem der Hydraulikzylinder eine Außenverzahnung trägt, in die ein hierzu korrespondierend ausgebildetes Zahnrad eingreift, welches wiederum seinerseits mit dem Stellglied verbunden ist.
- Dieser mittels eines Zahnradgetriebes ausgestalteten mechanischen Koppelung von Hydraulikzylinder einerseits und Stellglied andererseits haften die schon vorbeschriebenen Nachteile in gleicher Weise an.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Trennschalter der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß dieser wirtschaftlich herstellbar, einfach zu montieren und zu warten und unter Vermeidung der oben genannten Nachteile auch nach längerer Stillstandszeit äußerst betriebssicher ist.
- Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Hydraulikzylinder über einen Mitnehmer mit dem Stellglied mechanisch gekoppelt ist.
- Die Herstellung, vor allem aber die Montage und Einstellung der Teile relativ zueinander werden erheblich vereinfacht. Modultechnik ermöglicht den Austausch von Einzelelementen. Schaltpositionen und Schaltweg sind sehr exakt einstellbar.
- Auch bei Kälte aber auch nach längerem Stillstand bleibt das Getriebe leichtgängig. Die Anordnung bewirkt eine sehr geringe Geräuschentwicklung. Neben der Erzeugung hoher Stellkräfte werden somit auch exakte Stellpositionen erzielt.
- Der erfindungsgemäße Trennschalter umfaßt einen elektrischen Antriebsmotor, ein Hydraulikaggregat mit Hydraulikpumpe und einen mit dem Stellglied verbindbaren Hydraulikzylinder. Er ist somit modular aufgebaut, so daß sowohl die Montage als auch die Wartung sehr vereinfacht sind. Der Elektromotor kann sehr viel schwächer ausgelegt werden, als dies im Stand der Technik erforderlich ist, obwohl der erfindungsgemäße Trennschalter höhere Schaltkräfte erzeugt. Dadurch wird nicht zuletzt die Stellentfernung erheblich vergrößert, bis zu acht Kilometer bei Verwendung von Stromleitungen mit 2,5 mm2 . Die Erfindung macht es jedoch auch möglich, daß der Elektroantrieb mit Solarstrom auskommt. Dadurch kann eine völlig neue Stelltechnik im einschlägigen Anwendungsbereich eingeführt werden, indem die Trennschalter ortsflexibler werden. Auch können zusätzlich die Steuersignale auf alternativen Wegen zugeleitet werden, z.B. über Lichtwellenleiter, Funk, Digitalnetze und dergleichen.
- Die Hydraulikpumpe ist vorzugsweise eine Reversiersteuerung und der Hydraulikzylinder ein Differentialstellzylinder. Die Genauigkeit wird verbessert und die erzeugbaren Kräfte erhöht.
- In vorteilhafter Weise weist der erfindungsgemäße Trennschalter eine hydraulische Handpumpe auf. Mit nur drei bis vier Hüben kann der gesamte Stellweg gefahren werden. Weiterhin ist vorgesehen, daß der Trennschalter eine hydraulische Sperreinrichtung umfaßt, um ein Verstellen auszuschließen. Auch wird vorgeschlagen, daß der erfindungsgemäße Trennschalter verstellbare elektrische Endlagenschalter umfaßt. Diese sind auf die jeweilige Schaltsituation einstellbar und der Trennschalter flexibel einsetzbar.
- Der Trennschalter weist eine Steuereinheit auf, welche in Abhängigkeit von eingehenden Steuersignalen den Elektromotor für die Hydraulikpumpe ansteuert. Vorzugsweise ist die Steuereinheit für eine drahtlosen Signalempfang ausgelegt.
- Der erfindungsgemäße Trennschalter ist in einem wasserdicht verschließbaren Gehäuse angeordnet. Vorzugsweise ist an einem Gehäusedeckel ein Sicherheitsschalter angeordnet. Bei einer Öffnung des Gehäusedeckels bzw. der Gehäusetür erfolgt somit aus Sicherheitsgründen eine Freischaltung der Steuereinheit.
- Der erfindungsgemäße Trennschalter ist wirtschaftlich herstellbar, einfach montierbar und gut zu warten. Darüber hinaus ist er flexibel einsetzbar. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figur. Dabei zeigt:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles für einen erfindungsgemäßen Trennschalter.
- Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist ein Trennschalter mit einem Gehäuse 2, vorzugsweise einem Kunststoffgehäuse, versehen. Dieses ist mit einer nicht gezeigten Tür verschließbar, und zwar über die Deckelabdichtung 10 wasserdicht.
- Durch die Hydraulikpumpeneinheit 8, im Ausführungsbeispiel eine elektrohydraulische Reversiersteuerung, wird ein Differentialstellzylinder 3 betätigt, der mechanisch über einen Mitnehmer 12 mit der Stellstange 1 gekoppelt ist, die die Stellkraft direkt über den Gabelkopf 9 auf ein nicht gezeigtes Schalterelement überträgt. Die Stellstange 1 ist mittels Stangenführungen 11 und 15 geführt, wobei die obere auch eine wasserdichte Abdichtung umfaßt.
- Die Stellbewegung wird gleichgängig in beiden Bewegungsrichtungen ausgeführt. Die Stellkraft ist dabei ebenfalls identisch, jedoch variabel einstellbar. Allerdings sind auch unterschiedliche Kraftverläufe mit einfachen Mitteln realisierbar.
- Ein selbständiges Absenken der Stellstange 1, beispielsweise durch Eigengewicht, wird durch ein hydraulisches Sperrelement 14 verhindert.
- Eine Betätigung der ferngesteuerten Stelleinheit für Trennschalter ist nur durch eine Ansteuerung des Elektromotors 7, alternativ durch elektro- oder handhydraulische Verstellung möglich. Die Handverstellung erfolgt mittels Pumpbewegung an der Handpumpe 6 mit einem nicht gezeigten und vorzugsweise in der Gehäusetür untergebrachten Stellknauf.
- Bei Öffnung der nicht gezeigten Gehäusetür erfolgt eine Freischaltung der Schaltersteuerung 5, so daß eine Gefährdung des Bedienpersonals ausgeschlossen ist. Das Gehäuse ist gegen unzulässigen Zugriff gesichert. Die Abschaltung einer Stellbewegung erfolgt durch die Steuereinheit 13, die je einen der Endlagenschalter4 betätigt.
- Das Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung und ist nicht beschränkend.
-
- 1
- Stellstange
- 2
- Gehäuse
- 3
- Zylinder
- 4
- Endlagenschalter
- 5
- Schaltersteuerung
- 6
- Handpumpe
- 7
- Elektromotor
- 8
- Hydraulikpumpeneinheit
- 9
- Gabelknopf
- 10
- Deckeldichtung
- 11
- Stangendichtung und Stangenführung oben
- 12
- Mitnehmer
- 13
- Steuereinheit
- 14
- Sperrventil
- 15
- Stangenführung unten
Claims (9)
- Antriebseinrichtung zur Betätigung eines Trennschalters mit einem Gehäuse (2), in welchem ein Stellglied (1), eine Krafterzeugungs- und- übertragungseinheit zur Bewegung des Stellgliedes (1) und eine Steuereinheit (13) angeordnet sind, wobei die Krafterzeugungs- und- übertragungseinheit elektrohydraulisch ausgelegt ist und einen elektrischen Antriebsmotor (7), eine Hydraulikpumpe (8) und einen Hydraulikzylinder (3), der mit dem Stellglied (1) mechanisch gekoppelt ist, umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hydraulikzylinder (3) über einen Mitnehmer (12) mit dem Stellglied (1) mechanisch gekoppelt ist. - Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (3) ein Differentialstellzylinder ist.
- Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine hydraulische Handpumpe (6).
- Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine hydraulische Sperreinrichtung (14).
- Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch verstellbare elektrische Endlagenschalter (4).
- Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (13) für einen drahtlosen Signalempfang ausgelegt ist.
- Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese die für einen Betrieb des elektrischen Antriebsmotors (7) erforderliche elektrische Energie wenigstens teilweise von einer Solarstromeinheit bezieht.
- Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse wasserdicht verschließbar ist.
- Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Gehäusedeckel ein Sicherheitsschalter angeordnet ist.
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