BR112018075111B1 - Atuador operado por mola e aparelho de comutação elétrica - Google Patents

Abstract

Atuador operado por mola para um aparelho de comutação elétrica.Inclui uma mola de acionamento para proporcionar um movimento de acionamento do aparelho de comutação e um amortecedor de ar rotativo ligado à mola de acionamento.O amortecedor é disposto para desacelerar o movimento da mola durante,pelo menos,uma porção final do movimento de acionamento.O amortecedor tem uma câmara de trabalho toroidal formada por duas partes de invólucro circunferenciais (119, 120) que são rotativas uma em relação à outra.Cada parte de invólucro (119, 120) tem paredes internas que juntas definem a câmara de trabalho.A primeira parte de invólucro (119) tem uma parede de deslocamento rotativa (128),rotativa de forma vedante na câmara de trabalho.A segunda parte de invólucro (120) tem uma parede de extremidade estacionária (127) da câmara de trabalho.De acordo com a invenção,a segunda parte do invólucro (120) está provida de pelo menos um recesso (131a, b) nas suas paredes internas.O recesso (131a, b) está localizado a menos de 90° à frente da parede de extremidade (127),como visto é a direção de rotação da parede de deslocamento (128) em um movimento de acionamento.O recesso (131a, b) tem uma extensão na direção circunferencial que é maior do que a espessura efetiva da (...).

Description

Campo da invenção

[001] A presente invenção refere-se a um atuador operado por mola para um aparelho de comutação elétrica que inclui uma mola de acionamento para proporcionar um movimento de acionamento do aparelho de comutação e um amortecedor de ar rotativo ligado à mola de acionamento, amortecedor esse que é disposto para desacelerar o movimento da mola durante pelo menos uma parte final do movimento de acionamento, tendo o amortecedor uma câmara de trabalho toroidal formada por uma primeira e uma segunda parte de invólucro circunferencial que são rotativas uma em relação à outra, cada parte de invólucro tendo paredes internas que juntas definem a câmara de trabalho, a primeira parte de invólucro tendo uma parede de deslocamento rotativa, rotativa de forma estanque na referida câmara de trabalho, tendo a segunda parte de invólucro uma parede de extremidade estacionária da câmara de trabalho. De acordo com um segundo aspecto da invenção, refere-se a um aparelho de comutação. Antecedentes da invenção

[002] Em uma rede de transmissão ou distribuição de energia, os aparelhos de comutação são incorporados na rede para fornecer proteção automática em resposta a condições de carga anormais ou para permitir a abertura ou fechamento (comutação) de seções da rede. O aparelho de comutação pode, portanto, ser chamado a executar várias operações diferentes, tais como a interrupção de falhas de terminal ou falhas de linha curta, interrupção de pequenas correntes indutivas, interrupção de correntes capacitivas, comutação fora de fase ou comutação sem carga, todas das quais as operações são bem conhecidas pelos especialistas na matéria.

[003] Nos aparelhos de comutação, a operação de abertura ou fechamento efetiva é realizada por dois contatos em que normalmente um é estacionário e o outro é móvel. O contato móvel é operado por um dispositivo operacional que compreende um atuador e um mecanismo, onde o referido mecanismo conecta operativamente o atuador ao contato móvel.

[004] Atuadores de dispositivos operacionais conhecidos para comutadores de média e alta tensão e disjuntores são do tipo acionado por mola, hidráulico ou eletromagnético. No que se segue, os dispositivos operacionais serão descritos operando um disjuntor, mas dispositivos operacionais similares conhecidos também podem operar comutadores.

[005] Um atuador operado por mola ou unidade de acionamento por mola, como também é chamado, geralmente usa duas molas para operar o disjuntor; uma mola de abertura para abrir o disjuntor e uma mola de fechamento para fechar o disjuntor e recarregar a mola de abertura. Em vez de apenas uma mola para cada uma das molas de abertura e de fechamento, pode ser utilizado, por vezes, um conjunto de molas para cada uma das molas de abertura e de fechamento. Por exemplo, tal conjunto de molas pode incluir uma pequena mola disposta dentro de uma mola maior ou duas molas dispostas em paralelo, lado a lado. No que se segue, deve ser entendido que quando é feita referência à mola da respectiva mola de abertura e à mola de fechamento, tal mola pode incluir um conjunto de molas. Outro mecanismo converte o movimento das molas em um movimento de translação do contato móvel. Em sua posição fechada em uma rede, o contato móvel e o contato estacionário do disjuntor estão em contato um com o outro e a mola de abertura e a mola de fechamento do dispositivo de operação são carregadas. Em um comando de abertura, a mola de abertura abre o disjuntor, separando os contatos. Após um comando de fechamento, a mola de fechamento fecha o disjuntor e, ao mesmo tempo, carrega a mola de abertura. A mola de abertura está agora pronta para realizar uma segunda operação de abertura, se necessário. Quando a mola de fechamento fecha o disjuntor, o motor elétrico no dispositivo de operação recarrega a mola de fechamento. Esta operação de recarga leva vários segundos.

[006] Exemplos ilustrativos de atuadores operados por mola para um disjuntor podem ser encontrados, por exemplo, nos documentos US 4.678.877, US 5.280.258, US 5.571.255, US 6.444.934 e US 6.667.452.

[007] Na atuação do aparelho de comutação, a parte de contato móvel é levada a uma velocidade muito elevada, com o objetivo de interromper a corrente tão rapidamente quanto possível. Na parte final do movimento, é importante desacelerar o movimento para evitar choques de impacto. Por essa razão, atuadores do tipo em questão normalmente são equipados com algum tipo de amortecedor para diminuir a velocidade do contato em movimento no final de seu movimento. Um amortecedor é fornecido para a abertura e outro para o fechamento. Normalmente, os amortecedores são lineares com um pistão que opera em um cilindro hidráulico.

[008] Tal amortecedor consome muito espaço e requer uma pluralidade de componentes a serem conectados ao mecanismo de acionamento do atuador.

[009] Com o objetivo de superar tais inconvenientes e fornecer um amortecedor para o fechamento que requeira um pequeno espaço e poucos componentes, o documento EP 2317530 sugere o uso de um amortecedor de ar rotativo para amortecer o fechamento. O dispositivo de acordo com esta divulgação é, deste modo, mais confiável e preciso.

[0010] Embora o funcionamento do dispositivo de acordo com o documento EP 2317530 tenha mostrado ser mais confiável e preciso do que os dispositivos tradicionais deste tipo, verificou-se que o comportamento do amortecedor no final do curso de acionamento é crítico para um desempenho adequado. O ar aprisionado dentro da câmara de trabalho depois que a parede de deslocamento passa pela saída de ar, acumula uma pressão muito alta quando a vedação é boa, o que pode causar um retrocesso da parede de deslocamento com consequente falha na operação. Isso é explicado mais detalhadamente na parte específica da descrição.

[0011] Com o objetivo de evitar tal sobrepressão desastrosa, é conhecida a disposição de uma válvula de descarga na parede de deslocamento ou na parede de extremidade estacionária ou ambas, cuja válvula de escape abre a passagem de ar através da parede de deslocamento e/ou da parede de extremidade estacionária quando a pressão é excedida. O fornecimento dessa válvula, no entanto, aumenta a complexidade do dispositivo e aumenta o tempo e o custo de montagem. Um risco de falha também é introduzido.

[0012] Outra solução conhecida é controlar o comportamento de amortecimento no final do curso, tendo um padrão de orifícios que são fechados sucessivamente. Isso controla o fluxo de ar e, deste modo, a pressão de acumulação. A desvantagem deste método é que sempre há fluxo através dos orifícios abertos até que eles sejam fechados. Isso leva a um acúmulo de pressão mais lento e, portanto, resulta em um maior ângulo de curso para alcançar o ponto de virada.

Sumário da invenção

[0013] O objeto da presente invenção é melhorar um dispositivo do tipo divulgado no documento EP 2317530 de modo a superar o inconveniente relacionado com o mesmo. Em particular, o objeto é evitar ou reduzir o retrocesso no final do amortecimento de uma maneira que elimine os inconvenientes relacionados com as soluções de acordo com a técnica anterior.

[0014] Este objeto é, de acordo com o invento, conseguido em que um atuador operado por mola do tipo especificado no preâmbulo da reivindicação 1 inclui as características específicas especificadas na parte caracterizante da reivindicação. Deste modo, de acordo com a invenção, a segunda parte do invólucro está provida de um recesso nas suas paredes internas, cujo recesso que está localizado a menos de 90° à frente da parede final visto a direção de rotação da parede de deslocamento em um movimento de atuação, e cujo recesso tem uma extensão na direção circunferencial que é maior do que a espessura efetiva da parede de deslocamento. Um recesso pode alternativamente ou de forma complementar ser proporcionado nas paredes internas da primeira parte do invólucro, em cujo caso está localizado a menos de 90° à frente da parede da extremidade e tem uma extensão circunferencial que é maior do que a espessura efetiva da parede da extremidade.

[0015] Por razões construtivas e de fabricação, é preferível que o recesso seja fornecido apenas na segunda parte do invólucro. A descrição que se segue será focada nessa modalidade. No entanto, a “modalidade de espelho”, quando o recesso é fornecido na primeira parte do invólucro, é facilmente compreensível para um perito por meio desta descrição,

[0016] Uma vez que a operação de amortecimento é mais precisa em um dispositivo de acordo com a invenção, a mola de acionamento pode ser maior e mais forte, permitindo a aplicação do atuador para a aparelhos de comutação em tensões mais altas.

[0017] O termo “espessura efetiva” deve ser entendido como a extensão circunferencial da parede de deslocamento em suas bordas, onde ela desliza nas paredes internas da parte do invólucro estacionária. Pode ser o caso de a parede de deslocamento ser provida de bordas que, para fins de vedação, sejam mais largas na direção circunferencial do que a espessura da parede como tal. Também pode ser o caso de a espessura da parede ser menor em suas bordas.

[0018] Termos como "circunferencial", "radial", etc., nesta aplicação referem-se ao eixo rotacional do amortecedor de ar rotativo e ao eixo alinhado da mola se não explicitamente referido de outra forma. "Interior" e "exterior" referem-se à direção radial. “Lateral” é definido por uma direção paralela ao eixo rotacional.

[0019] Com o termo "final" relacionado a uma mola de torção helicoidal, significa nesta aplicação o final do material de mola, isto é, a extremidade na direção da hélice da mola. Para as extremidades na direção axial, o termo “extremidade axial” é usado.

[0020] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, a mola de acionamento é uma mola de fechamento e o movimento de acionamento é um movimento de fechamento.

[0021] Embora o atuador inventado possa ser empregado também para uma mola de abertura, a aplicação para a mola de fechamento é da maior importância.

[0022] De acordo com uma outra modalidade preferida, o recesso tem uma extensão na direção circunferencial que é mais comprida do que a sua extensão na direção perpendicular à direção circunferencial.

[0023] Normalmente, a largura na direção perpendicular - isto é, na direção radial, se o recesso estiver na parede lateral da câmara de trabalho ou na direção lateral, se o recesso estiver na parede radialmente externa ou interna da câmara de trabalho - não é decisiva para obter um padrão de vazamento adequado em relação ao tempo. Uma largura relativamente pequena é normalmente suficiente. A extensão na direção circunferencial, no entanto, tem grande impacto a esse respeito. Normalmente, deve ser relativamente grande, com o objetivo de obter uma duração de tempo suficiente e controle do vazamento para obter um ótimo efeito contra o movimento de recuo. Arranjar o recesso para ser mais longo na direção circunferencial é, desta maneira, uma adaptação vantajosa para este aspecto.

[0024] De acordo com uma outra modalidade preferida, o recesso tem uma extensão na direção circunferencial que é 2-20 vezes mais longa do que a espessura efetiva da parede de deslocamento ou da parede de extremidade, respectivamente.

[0025] A extensão deve ser suficientemente longa para abrir a comunicação através da parede de deslocamento por um período de tempo suficiente. No entanto, não deve ser desnecessariamente longa em relação ao que é necessário para efetivamente agir contra o movimento de recuo. Um comprimento dentro do intervalo especificado normalmente atende a esses requisitos e, portanto, é o preferido. Em particular, o intervalo de 5 a 10 vezes mais longo é preferido.

[0026] De acordo com uma outra modalidade preferida, o recesso tem uma extensão na direção circunferencial que está dentro da gama de 5° - 90°, de preferência dentro da gama de 15° - 40°.

[0027] Com uma extensão angular dentro do intervalo especificado, os requisitos discutidos acima serão atendidos. Em particular, uma extensão angular no intervalo de 10° a 30° é preferida.

[0028] De acordo com uma outra modalidade preferida, o recesso está disposto em uma parede lateral das referidas paredes internas.

[0029] A localização do recesso na parede lateral simplifica a fabricação em relação à usinagem do recesso.

[0030] De acordo com uma outra modalidade preferida, o recesso tem uma extensão alongada na direção circunferencial e tem a forma de uma curva circular em torno do eixo da câmara de trabalho toroidal.

[0031] A extensão do comprimento do recesso está, portanto, na mesma direção que o movimento da parede de deslocamento. Isso simplifica o ajuste do comprimento e outras dimensões do recesso para corresponder a um padrão de vazamento apropriado para o antimovimento de recuo.

[0032] De acordo com uma outra modalidade preferida, o recesso tem uma profundidade dentro do intervalo de 0,5 a 5 mm.

[0033] A profundidade precisa ser suficiente para fornecer um vazamento de ar efetivo, mas o recesso não deve ser desnecessáriamente profundo. Um recesso mais profundo é mais caro no que diz respeito ao custo de fabricação e à necessidade de paredes mais grossas. O processo de vazamento também será mais difícil de calcular e prever quando o recesso é profundo. O intervalo especificado representa um equilíbrio adequado entre essas duas considerações.

[0034] De acordo com uma outra modalidade preferida, uma pluralidade de recessos está disposta nas paredes internas das segundas partes do invólucro.

[0035] Em algumas aplicações, pode haver a necessidade de um fluxo de ar bastante substancial para neutralizar suficientemente o movimento de recuo. Nesse caso, o fluxo de ar será melhor controlado e mais precisamente adaptado se o fluxo de ar for criado através de mais de um caminho de fluxo. Quando se tem uma pluralidade de recessos, eles podem ser dispostos em paralelo para aumentar a taxa de vazamento ou um após o outro para aumentar a duração do vazamento. A pluralidade de recesso pode incluir ambos os recessos em recessos paralelos e consecutivos. Quando há uma pluralidade de recessos todos eles podem ser idênticos ou alguns deles podem ter um desenho diferente dos outros recessos, ou todos os recessos podem ser desenhados diferentemente.

[0036] De acordo com uma outra modalidade preferida, a seção transversal da câmara de trabalho toroidal é substancialmente retangular.

[0037] A fabricação e a montagem serão, deste modo, relativamente simples. Por "substancialmente retangular" entende-se que, dentro do âmbito de proteção desta modalidade, pequenos desvios de um retângulo puro podem estar presentes, tal como, por exemplo, cantos arredondados.

[0038] De acordo com uma outra modalidade preferida, os recessos estão dispostos na parede lateral, na parede radialmente externa e/ou na parede radialmente interna das referidas paredes internas.

[0039] A localização ideal dos recessos em relação a qual das partes da parede eles estão dispostos pode variar em dependência das características da aplicação. Em alguns casos, podem ser previstos recessos na parede lateral, bem como em uma ou ambas as paredes radialmente internas e externas.

[0040] De acordo com uma outra modalidade preferida, os recessos sobrepõem-se uns aos outros, pelo menos parcialmente, na direção angular.

[0041] Deste modo, consegue-se que o vazamento de ar seja contínuo, mesmo que, por algum motivo, tenha sido considerado apropriado proporcionar uma pluralidade de recessos distribuídos de modo circunferencial.

[0042] De acordo com o segundo aspecto da invenção, o objeto é satisfeito pelo fato de um aparelho de comutação elétrica incluir um atuador operado por mola de acordo com a presente invenção, em particular de acordo com qualquer uma das suas modalidades preferidas.

[0043] O aparelho de comutação elétrica inventado tem vantagens semelhantes aos do atuador inventado e das suas modalidades preferidas, cujas vantagens foram descritas acima.

[0044] De acordo com uma modalidade preferida do aparelho de comutação elétrica, é um disjuntor.

[0045] Esta é uma aplicação, onde as vantagens da presente invenção são particularmente úteis.

[0046] As modalidades preferidas da invenção acima descritas são apresentadas nas reivindicações dependentes. É para ser entendido que outras modalidades preferidas podem ser constituídas por qualquer combinação possível de características das modalidades preferidas descritas e por qualquer combinação possível de características nestas com características descritas na descrição dos exemplos abaixo.

Breve descrição dos desenhos

[0047] A Figura 1 é uma seção axial através de um exemplo de um atuador operado por mola ao qual a presente invenção é aplicada.

[0048] A Figura 2 é uma vista em perspectiva da seção da Figura 1.

[0049] A Figura 3 é um corte ao longo da linha III-III da Figura 1.

[0050] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um detalhe da Figura 3.

[0051] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um pormenor do atuador operado por mola das Figuras 1-4.

[0052] A Figura 6 é uma vista em perspectiva do pormenor da Figura 5 a partir de outra direção.

[0053] A Figura 7 é uma vista em perspectiva de um detalhe adicional do atuador operado por mola das Figuras 1-6.

[0054] A Figura 8 é uma vista lateral de uma parte de um detalhe das Figuras 1-4 de acordo com um exemplo alternativo.

[0055] A Figura 9 é uma vista de extremidade do atuador operado por mola, visto a partir da esquerda da Figura 1.

[0056] A Figura 10 é uma vista em perspectiva de um amortecedor de acordo com um exemplo da invenção.

[0057] A Figura 11 é um diagrama que ilustra o problema, o qual é resolvido pela presente invenção.

[0058] As Figuras 12-14 são vistas em perspectiva de um detalhe do amortecedor da Figura 10

[0059] As Figuras 15-18 ilustram vários exemplos alternativos de um detalhe da invenção.

[0060] A Figura 19 é uma vista lateral esquemática de um disjuntor.

Descrição dos exemplos

[0061] Como inicialmente mencionado, a presente invenção é um melhoramento do dispositivo divulgado no documento EP 2317530 e está intimamente relacionado com o mesmo. A descrição completa do documento EP 2317530 B1 é explicitamente incorporada nesta aplicação.

[0062] O atuador ilustrado nas Figuras 1-9 está de acordo com esta divulgação incorporada. A descrição abaixo relacionada com estas Figuras fornece o contexto para uma melhor compreensão da presente invenção. A descrição da tecnologia anterior relacionada com as Figuras 1-9 é, portanto, para ser vista como parte da descrição da presente invenção. Desta forma, as características divulgadas nestas Figuras e a descrição que as acompanha são partes da descrição da presente invenção, e podem servir como uma fonte para alterações de reivindicações da mesma forma que o resto do presente relatório descritivo.

[0063] A descrição do exemplo está dividida em uma primeira parte relacionada com as Figuras 1 a 9 e descreve o que é comum à presente invenção e à tecnologia anterior. A primeira parte é intitulada “Contexto da invenção”. As particularidades que são específicas da presente invenção são descritas mais abaixo sob o título "Específicos para a invenção".

Contexto da invenção

[0064] A Figura 1 é uma seção axial através do atuador de um disjuntor. O atuador tem um eixo principal 1 e um disco de came 2. O disco de came atua sobre a haste de transmissão (não mostrada) para comutar o disjuntor. A transmissão do disco de came para o disjuntor e o disjuntor como tal pode ser de um tipo convencional e não necessita de mais explicações.

[0065] O eixo principal é operado por uma mola de abertura 3 e uma mola de fechamento 4. Ambas as molas são molas helicoidais de torção e são coaxiais com o eixo principal. A mola de abertura 3 está localizada radialmente fora da mola de fechamento 4 e, portanto, tem um diâmetro interno que excede o diâmetro externo da mola de fechamento 4.

[0066] A mola de abertura 3 é comprimida entre dois encaixes de extremidade, um encaixe de extremidade de suporte 6 na extremidade de suporte 5 da mola e um encaixe de extremidade de acionamento 8 em sua extremidade de acionamento 7. A mola de abertura 3, deste modo, em seu estado carregado, é carregada na direção da sua hélice, ou expresso de outra forma, a mola de abertura carregada é pressionada na sua direção de desenrolamento. Como consequência, a extremidade de acionamento 7 age com uma força de pressão sobre o encaixe de extremidade de acionamento 8, o qual está ligado através de nervuras 9 ao eixo principal 1.

[0067] A mola de fechamento 4 consiste em duas unidades, uma unidade radialmente externa 4a e uma unidade radialmente interna 4b, ambas com eixos alinhados com o eixo da mola de abertura 3 e com o eixo principal 1.

[0068] Assim como a mola de abertura, também a mola de fechamento 4, em seu estado carregado, é carregada na direção de sua hélice. A unidade exterior 4a da mola de fechamento tem uma extremidade suportada 10 e uma extremidade de ligação 14, e a parte interna tem uma extremidade de acionamento 12 e uma extremidade de conexão 15. A extremidade suportada 10 é pressionada contra um encaixe de extremidade de suporte (não mostrado) que é montado em um flange de suporte 35, e a extremidade de acionamento 12 é pressionada contra um encaixe de extremidade de acionamento 13. As extremidades de ligação 14, 15, das duas unidades 4a, 4b, são ambas pressionadas contra um encaixe de conexão 16, através do qual as duas unidades estão em uma relação de transmissão de força, uma com a outra.

[0069] Quando o disjuntor é acionado para uma ação de abertura, a mola de abertura 3 empurra seu encaixe de extremidade de acionamento 8 para girar e, deste modo, girar o eixo principal 1.

[0070] Cerca de 0,3 segundo depois, o disjuntor deve ser fechado. A mola de fechamento 4 é, deste modo, ativada de tal modo que a sua extremidade de acionamento 12 empurra o seu encaixe de extremidade de acionamento 13 para, através de uma série de componentes em cooperação tais como o came, rolo, etc., rodar o eixo principal 1 em uma direção oposta àquela do processo de abertura para mover a haste de acionamento, desta forma fechando o disjuntor. Quando o eixo principal 1 roda nesta direção, ele também gira o encaixe de extremidade de acionamento 8 da mola de abertura 3 na mesma direção de modo a empurrar a extremidade de acionamento 7 da mola de abertura 3 e a mola de abertura ser recarregada e preparada para um movimento de abertura consecutivo, caso seja necessário.

[0071] Quando a operação de fechamento é terminada, a mola de fechamento é recarregada na medida em que sua extremidade suportada 10 é empurrada por seu encaixe de extremidade de suporte.

[0072] Nas extremidades dos movimentos de abertura e fechamento, os movimentos precisam ser amortecidos com o objetivo de evitar choques de impacto no final dos golpes, devido ao excesso de energia.

[0073] O movimento de abertura é amortecido por um amortecedor hidráulico convencional de ação linear 17.

[0074] O movimento de fechamento é amortecido por um amortecedor rotativo 18 tendo ar como o meio de trabalho. O amortecedor rotativo 18 pode ter componentes que são rotativos, uns em relação aos outros. O amortecedor rotativo 18 tem uma câmara de trabalho toroidal que é coaxial com o eixo principal 1. A câmara de trabalho é formada por um invólucro tendo uma primeira parede lateral 24, uma segunda parede lateral 23, uma parede circunferencial externa 25 e uma parede circunferencial interna 26. O invólucro é dividido em duas partes, uma primeira parte 20 e uma segunda parte 19. As duas partes são rotativas, uma em relação à outra, e estão ligadas por uma vedação circunferencial externa 21 e uma vedação circunferencial interna 22.

[0075] A segunda parte 19 está ligada de forma acionável ao encaixe da extremidade de acionamento 13 da unidade interior 4b da mola de fechamento 4 e, desta maneira, gira em conjunto com o disco de came 2 no fechamento. A primeira parte 20, no seu lado externo, tem um flange 35 que se prolonga axialmente, no qual o encaixe da extremidade de suporte da unidade exterior 4a da mola de fechamento 4 é montado.

[0076] O funcionamento do amortecedor de fechamento é explicado com referência à Figura 3, que é uma seção radial através do amortecedor na direção da primeira parte 20. Durante o movimento de fechamento, a primeira parte 20 é estacionária e a segunda parte 19 (não visível na Figura 3) está girando na direção da seta A, definida como a direção de rotação do amortecedor.

[0077] Um corpo do tipo disco é preso à primeira parede lateral 24, que forma uma parede de extremidade radial 27. Um corpo do tipo disco correspondente é preso à segunda parede lateral 23 e forma um corpo de deslocamento 28. Cada uma dentre a parede de extremidade 27 e o corpo de deslocamento 28 coopera de forma vedante com as paredes laterais 23, 24, e com as paredes circunferenciais 25, 26, da câmara de trabalho.

[0078] A primeira parede lateral tem um primeiro 29 e um segundo 30 orifícios para atuar como entrada e saída, respectivamente, para o ar.

[0079] O orifício de entrada 29 está localizado logo após a parede de extremidade 27, como visto na direção de rotação do amortecedor. O orifício de saída 30 está localizado sobre um ângulo reto à frente da parede de extremidade 27.

[0080] Quando a mola de fechamento está carregada e em condições de iniciar um movimento de fechamento, o corpo de deslocamento 28 está localizado fechado à parede de extremidade 27 no seu lado direito, como se vê na Figura, isto é, na área do orifício de entrada 29. A segunda parte 19 do invólucro é, por meio de uma série de componentes, conectada de modo acionável ao eixo principal.

[0081] Quando ocorre um movimento de fechamento, o corpo de deslocamento 28 se move a partir da sua posição inicial adjacente à parede de extremidade 27, uma vez que esteja ligado à segunda parede lateral 23, e gira na direção da seta A até ter feito uma volta quase completa e atingir o lado esquerdo da parede de extremidade 27. Durante a sua rotação, o ar será aspirado através do orifício de entrada 29. E durante a maior parte da volta, o ar será pressionado para fora através do orifício de saída 30.

[0082] Após o corpo de deslocamento ter passado pelo orifício de saída 30, o ar será retido entre o corpo de deslocamento 28 e a parede de extremidade 27. Uma rotação adicional comprimirá o ar retido. Deste modo, desenvolve-se uma contraforça crescente contra a rotação e ocorre alguma fuga de ar ao longo das linhas de vedação entre a parede de extremidade 27 e as paredes do invólucro, e entre o corpo de deslocamento 28 e as paredes. Desta forma, o efeito de amortecimento é alcançado.

[0083] Normalmente, o vazamento de ar ao redor da parede da extremidade e do corpo de deslocamento é suficiente para atingir um amortecimento que seja adequadamente equilibrado entre o excesso de amortecimento e o amortecimento insuficiente. No caso em que as vedações sejam muito eficazes, um vazamento de ar adequado pode ser alcançado ao fornecer um pequeno orifício de vazamento através da parede de extremidade 27 ou através do corpo de deslocamento 28.

[0084] A Figura 4 é uma vista em perspectiva da primeira parte do invólucro do amortecedor de fechamento.

[0085] O mecanismo para carregar a mola de fechamento 4 é parcialmente integrado com o amortecedor de fechamento 18. A primeira parte 20 do amortecedor tem uma forma exterior como uma roda de engrenagem 31 com dentes externos projetados radialmente 32. A roda de engrenagem 31 coopera com um pinhão 33 acionado por um motor elétrico através de uma caixa de velocidades 56. No carregamento, o pinhão 33 aciona a primeira parte 20 do amortecedor 18 na direção da seta A (Figura 3) por cerca de uma volta completa. A parede de extremidade 27 move-se, desta maneira, para uma posição imediatamente à esquerda do corpo de deslocamento 28. A parede de extremidade 27 e o corpo de deslocamento irão, deste modo, alcançar uma posição relativa uma à outra como descrito acima, quando o movimento de fechamento se inicia.

[0086] A primeira parte 20 do amortecedor 18 é conectada de modo acionável, através do flange 35 (Figuras 1 e 2), ao encaixe de extremidade de suporte 11 da unidade exterior 4a da mola de fechamento 4.

[0087] Quando a primeira parte 20 gira, o encaixe da extremidade de suporte da unidade exterior 4a da mola de fechamento seguirá a sua rotação uma vez que esteja montado no flange axial 35 que se estende para trás a partir da primeira parte 20 do amortecedor 18. Deste modo a mola de fechamento é carregada helicoidalmente para o seu estado carregado.

[0088] A Figura 5 é uma vista em perspectiva do encaixe de extremidade 8 da mola de abertura 3, como visto a partir da mola em direção ao encaixe de extremidade. A extremidade de acionamento 7 da mola de abertura 3 prolonga-se através de um orifício 36 em um flange 37 formando uma parte do encaixe de extremidade 8. Uma depressão 38 no encaixe de extremidade 8 guia a extremidade de acionamento 7 contra uma superfície de apoio 39. Os outros encaixes de extremidade podem ter uma construção semelhante.

[0089] A Figura 6 ilustra o encaixe de extremidade de acionamento 8 da mola de abertura 3 a partir de outra direção. Também o encaixe da extremidade de ligação 16 das unidades 4a e 4b é parcialmente visível por detrás.

[0090] A Figura 7 ilustra mais detalhadamente o encaixe de extremidade de ligação 16. Consiste em um anel interno 42 a partir do qual um primeiro 43 e um segundo flange de encosto 44 se prolongam radialmente para fora em uma posição angular, uma em relação à outra, de cerca de 45-60°. No meio radial dos flanges de encosto 43, 44, uma parede circular 45 as interliga, cuja parede circular é coaxial com o anel interno 42. O primeiro flange de encosto 43 tem uma superfície de encosto 48 na sua parte radialmente externa e um orifício 47 através da sua parte interna. Correspondentemente, o segundo flange de encosto 44 tem um orifício 46 através da sua parte externa e uma superfície de encosto 49 na sua parte interna.

[0091] A unidade de mola de fechamento interno 4b se prolonga através do orifício 47 do primeiro flange 43, e a sua extremidade encosta na superfície de encosto 49 do segundo flange 44. Correspondentemente, a unidade de mola de fechamento exterior 4a se prolonga através do orifício 46 do segundo flange 44 e a sua extremidade encosta na superfície de encosto 48 do primeiro flange 43. Uma força de impulsão proveniente da unidade de mola de fechamento exterior 4a é, deste modo, transmitida para a unidade de mola de fechamento interior 4b. As porções de extremidade das unidades de mola de fechamento 4a, 4b, são orientadas contra a respectiva superfície de encosto 48, 49, pelos orifícios 46, 47, o anel 42 e a parede circular 45. As porções de extremidade, deste modo, podem ser frouxamente encaixadas no encaixe de extremidade de ligação 8 e não são necessários outros meios de fixação.

[0092] Uma construção alternativa dos encaixes de extremidade é ilustrada na Figura 8. Na Figura 8, uma parte do encaixe de extremidade de suporte 6 para a mola de abertura 3 é esquematicamente ilustrada. A porção de extremidade suportada 5 da mola de abertura 3 tem uma superfície de extremidade contra uma superfície de encosto 61 em um flange radial 58 do encaixe de extremidade 6. Um dispositivo de retenção é formado por um segundo flange radial 59 e uma parte circunferencial 57 que liga os dois flanges 58, 59. O segundo flange radial 59 tem um orifício 60 através do mesmo, e a mola de abertura se prolonga através deste orifício 60, de tal modo que a sua porção de extremidade 5 é dirigida para a superfície de encosto 61. Os outros encaixes de extremidade podem ter uma construção semelhante.

[0093] A Figura 9 é uma vista de extremidade do atuador operado por mola, visto a partir da esquerda na Figura 1. O disco de came 2 está ligado de modo acionável ao eixo principal 1 através de estrias 50. Mecanismos de trinco 52, 53, com uma respectiva bobina de ativação 54, 55, controlam os movimentos de abertura e fechamento do atuador. Na parte esquerda da Figura, o amortecedor a óleo 17 para a mola de abertura é visível, e à esquerda pode se ver uma parte da roda de engrenagem 31 para carregar a mola de fechamento.

Especificidades da invenção

[0094] A Figura 10 é uma vista em perspectiva do amortecedor de ar rotativo 118 de acordo com a presente invenção, cujo amortecedor está mecanicamente ligado a uma mola de fechamento 104, indicada esquematicamente na Figura. A mola de fechamento pode ser do tipo descrito acima em relação às Figuras 1 e 2. A câmara de trabalho do amortecedor é formada por duas partes de invólucro 119, 120, rotativas uma em relação à outra. A primeira parte de invólucro 119 gira na direção da seta e tem uma parede de deslocamento 128 ligada à mesma. Uma parte da primeira parte de invólucro rotativo 119 é deixada longe da Figura para clareza ilustrativa. A segunda parte de invólucro 120 é estacionária e tem uma parede de extremidade 127 ligada à mesma.

[0095] A Figura ilustra a posição no final do curso de fechamento de um disjuntor. Durante o curso de fechamento, o ar comprimido é descarregado através das saídas 130. Logo após a parede de deslocamento 128 ter passado pelas saídas 130, o ar será retido e comprimido entre a parede de deslocamento 128 e a parede de extremidade estacionária 127. A pressão desenvolvida na câmara fechada desacelera a rotação e, desta maneira, amortece o movimento no final do curso.

[0096] Durante a última porção do curso de amortecimento, uma pressão muito alta será desenvolvida na câmara fechada entre a parede de deslocamento 128 e a parede de extremidade 127. Se nenhuma medida tiver sido tomada para aliviar a pressão, a alta pressão pode causar um movimento de recuo, o que pode dar origem a problemas.

[0097] A Figura 11 é um diagrama que ilustra o problema de movimento de recuo. O diagrama mostra a posição angular da parede de deslocamento 128, onde o ângulo é contado a partir da sua posição de partida perto do lado direito da parede de extremidade estacionária 127, como visto na Figura 10. A posição angular é mostrada como uma função do tempo desde o início do movimento a partir dessa posição.

[0098] No diagrama, vários movimentos de teste são ilustrados pelas curvas para um amortecedor sem meios de alívio. Como pode ser visto, existe um movimento rápido e quase uniforme até a parede de deslocamento 128 atingir a posição angular de 300°. A posição das saídas neste caso é de cerca de 190° a partir da posição inicial. A forte pressão que se desenvolve após o fechamento resulta em que a parede de deslocamento 128 salta, de modo angular, para trás. Os vários testes mostram um movimento de recuo para posições entre 210° e 245°. Os movimentos de acionamento do atuador são controlados por um came 2 (veja a Figura 1) cooperando com um rolo (não mostrado). Se o movimento de recuo estiver alto, pode fazer com que o came se mova novamente sob o rolo. Se isso acontecer, evita que a unidade consiga executar uma operação de abertura. A linha reta horizontal na posição angular de 215° indica o limite aceitável do movimento de recuo para evitar esse problema. O movimento de recuo para uma posição angular acima dessa linha normalmente não criará nenhuma interferência entre o came e o rolo. O movimento de recuo para uma posição abaixo dessa linha, no entanto, enfrentará esse problema.

[0099] Voltando agora para a Figura 10, é explicado como o recesso 131a resolve o problema de movimento de recuo de acordo com a invenção. O recesso 131a tem a forma de uma ranhura circular na parede lateral da parte de invólucro estacionária 120. A ranhura começa em uma posição posterior à parede de deslocamento 128 ter passado pelas saídas 130. Algum tempo depois, a parede de deslocamento 128 teria começado a se movimentar em recuo se nenhuma ranhura estivesse presente, mas pelo relevo através do recesso o movimento de recuo é eliminado ou pelo menos reduzido. Pela ranhura 131a se forma um caminho de fuga através da parede de deslocamento 128 proporcionando um alivio da pressão, de outro modo aprisionada entre a parede de deslocamento 128 e a parede de extremidade 127. Tal fuga reduz a contraforça contra o movimento da parede de deslocamento 128 de modo tal que o movimento de recuo é eliminado ou pelo menos reduzido a um nível aceitável.

[00100] Na Figura há um segundo recesso ou ranhura 131b na parede radialmente interna da parte de invólucro estacionária 120. Esta posição pode ser uma alternativa à posição da ranhura 131a ou um complemento a ela.

[00101] A partir da Figura 10 é facilmente concebido como funciona quando o recesso está localizado na primeira parte do invólucro. A ranhura pode, nesse caso, estar no lado de dentro da parte da parede que é deixada distante na figura, e estar posicionada de tal modo que quando a parede de deslocamento 128 atingir um pouco mais do que a posição ilustrada, o recesso fará uma ponte com a parede de extremidade 127. Desta forma, o volume preso entre a parede de deslocamento 128 e a parede de extremidade 127 será libertado pela comunicação estabelecida com o lado de baixa pressão no lado direito (na Figura) da parede de extremidade 127.

[00102] As Figuras 12 e 13 ilustram o movimento da parede de deslocamento 128 no final do amortecimento. Na Figura 12 a parede de deslocamento 128 passa pelas saídas 130 e a pressão começa a ser acumulada na câmara fechada. Na Figura 13 a parede de deslocamento 130 atingiu a ranhura 131a e o ar irá vazar através da ranhura 131a a partir da câmara fechada no lado esquerdo da parede de deslocamento 128 para o seu outro lado. Este vazamento é ainda ilustrado na Figura 14.

[00103] A Figura 15 ilustra uma ranhura 131a na parede lateral tendo uma extensão angular de 30°, e que termina cerca de 5° à frente da parede de extremidade 127.

[00104] A Figura 16 ilustra um exemplo com uma pluralidade de ranhuras 131c-f, que são distribuídas angular e radialmente e sobrepõem-se parcialmente umas às outras.

[00105] A Figura 17 ilustra uma ranhura 131g na parede externa da parte de invólucro estacionária 120. Esta pode ser uma alternativa ou um complemento para uma ranhura na parede lateral.

[00106] A Figura 18 mostra um exemplo em que a profundidade da ranhura 131a é de cerca de 2 mm e o comprimento é cerca de 10 vezes a espessura efetiva da parede de deslocamento 128.

[00107] A Figura 19 ilustra esquematicamente um disjuntor onde a parte de contato móvel 102 é trazida para dentro e para fora do contato com a parte de contato estacionária 101 por uma haste 103 acionada por um atuador operado por mola 100 de acordo com a presente invenção. Para um disjuntor trifásico, o atuador 100 pode ser disposto para mover simultaneamente a parte de contato móvel 102 de cada fase.

Claims (14)

1. Atuador operado por mola para um aparelho de comutação elétrica incluindo uma mola de acionamento (104) para fornecer um movimento de acionamento do aparelho de comutação e um amortecedor de ar rotativo (118) conectado à mola de acionamento (104), cujo amortecedor (118) é disposto para desacelerar o movimento da mola durante, pelo menos, uma porção final do movimento de acionamento, o amortecedor (118) tendo uma câmara de trabalho toroidal formada pelas primeira e segunda partes de invólucro circunferenciais (119, 120) que são rotativas uma em relação à outra, cada parte de invólucro (119, 120) tendo paredes internas que juntas definem a câmara de trabalho, tendo a primeira parte de invólucro (119) uma parede de deslocamento rotativo (128), rotativa de forma vedante na referida câmara de trabalho, a segunda parte de invólucro (120) tendo uma parede de extremidade estacionária (127) da câmara de trabalho, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das referidas partes de invólucro (119, 120) é provida de pelo menos um recesso (131a-g) nas suas paredes internas, cujo recesso (131a-g) quando é fornecido na segunda parte de invólucro (120) está localizado a menos de 90° à frente da parede de extremidade (127) como visto é a direção de rotação da parede de deslocamento (128) em um movimento de acionamento, e cujo recesso (131a-g) na segunda parte de invólucro (120) tem uma extensão na direção circunferencial que é maior do que a espessura efetiva da parede de deslocamento (128), e cujo recesso, quando fornecido na primeira parte de invólucro, está localizado a menos de 90° à frente da parede de deslocamento (128) como visto na direção de rotação da parede de deslocamento (128) em um movimento de acionamento, e cujo recesso na primeira parte de invólucro (119) tem uma extensão na direção circunferencial que é maior do que a espessura efetiva da parede de extremidade (127).

2. Atuador operado por mola, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida mola de acionamento é uma mola de fechamento (104) e o referido movimento de atuação é um movimento de fechamento.

3. Atuador operado por mola, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido recesso (131a-g) tem uma extensão na direção circunferencial que é mais comprida do que a sua extensão em uma direção perpendicular à direção circunferencial.

4. Atuador operado por mola, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o referido recesso (131a-g) tem uma extensão na direção circunferencial que é 2 a 20 vezes mais longa do que a espessura efetiva da parede de deslocamento (128) ou da parede de extremidade, respectivamente, de preferência 5 a 10 vezes mais longa.

5. Atuador operado por mola, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o referido recesso (131a-g) tem uma extensão na direção circunferencial que está dentro da faixa de 5° a 90°, de preferência dentro da faixa de 15° a 40°.

6. Atuador operado por mola, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o referido recesso (131a-g) é disposto em uma parede lateral das referidas paredes internas.

7. Atuador operado por mola, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o recesso (131a-g) tem uma extensão alongada na direção circunferencial e tem a forma de uma curva circular em torno do eixo da câmara de trabalho toroidal.

8. Atuador operado por mola, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a profundidade do recesso (131a-g) está dentro da faixa de 0,5 a 5 mm.

9. Atuador operado por mola, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de recessos (131a-g) é disposta nas paredes internas da referida pelo menos uma das partes da invólucro (119, 120).

10. Atuador operado por mola, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a seção transversal da câmara de trabalho toroidal é substancialmente retangular.

11. Atuador operado por mola, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os recessos (131a-g) são dispostos na parede lateral, na parede radialmente externa e/ou na parede radialmente interna das referidas paredes internas.

12. Atuador operado por mola, de acordo com a reivindicação 9 ou 11, caracterizado pelo fato de que os recessos (131a-g) se sobrepõem uns aos outros, pelo menos parcialmente, na direção angular.

13. Aparelho de comutação elétrica (101-103), caracterizado pelo fato de que inclui um atuador operado por mola (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

14. Aparelho de comutação elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o aparelho de comutação é um disjuntor (101-103).

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