JP2014522084A - 電気回路遮断器のための油圧機械式駆動部用の差動シリンダ - Google Patents

Abstract

本発明は、稼働圧力をかけられる第１圧力エリア（３）と、第２圧力エリア（４）と、運動範囲において動くことができ且つ第１圧力エリア（３）と第２圧力エリア（４）との間の圧力差に応じて動くことができるピストン（２）と、を備える、電気スイッチ、特に高電圧スイッチを作動させるための油圧機械式駆動部用の差動シリンダ（１）において、減衰装置が設けられ、減衰装置は、ピストン２が運動範囲の１つのセクション（Ｄ）において第２圧力エリア（４）に向かって動く間、ピストン（２）の運動に対する追加的な減衰を提供し、追加的な減衰は、調節可能であることを特徴とする、差動シリンダに関する。

Description

本発明は、電気回路遮断器のための油圧機械式駆動部用の油圧式差動シリンダに関する。

油圧機械式のエネルギー貯蔵型バネ機構は、通常、差動シリンダを有している。差動シリンダのピストンは、圧力体積の加圧によって動くことができるピストンロッドに接続されている。ピストンロッドは、電気回路遮断器にさらに接続され、従って、ピストンロッドを動かすことによって電気回路遮断器が切り替えられることを可能にする。電気回路遮断器を開くために、例えば差動シリンダの圧力体積は、油圧にさらされ、ピストンロッドを対応する位置に動かす。

圧力体積内の圧力は、通常、機械的エネルギー貯蔵装置、例えばバネ設備に結合された圧力シリンダによって供給される。回路遮断器が切り替えられる場合、圧力シリンダ上のバネ力が解放され、その結果、圧力シリンダで稼働圧力が高まり、且つこれは、差動シリンダの圧力体積の油圧接続を介する。圧力領域内の稼働圧力は、差動シリンダのピストン及びピストンロッドを動かす。

圧力シリンダ上の機械的エネルギー貯蔵装置がバネ設備として構成される場合、機械的エネルギー貯蔵装置は、通常、十分な力を提供するために予荷重にさらされる。バネ設備が始動させられると、稼働圧力が極めて迅速に高まり、従って、差動シリンダの圧力領域は、ほとんどすぐに稼働圧力にさらされる。結果として、差動シリンダのピストンは、高い加速力で終端停止部に向かって動かされる。従って、差動シリンダ及び差動シリンダに結合される他の機械的構成要素を保護するために、大抵の場合、終端位置減衰部が設けられており、この減衰部では、ピストンの速度が、ピストンまたは他のいくつかの構成要素が停止部に衝突する前に減少させられる。減衰は、構成要素の損傷を回避するために、衝撃時のピストンの最終速度が予め決定された閾値以下となるようにすることを保証することを目的とする。

切り替えられる回路遮断器の用途及び種類、始動速度、提供される稼働圧力などに依存して、減衰部の特定の幾何学的構成がそれぞれ個々の利用のために立案されなければならない。結果として、油圧機械式のエネルギー貯蔵型バネ機構は、製造の初期ですでに特別な使用に関係している。通常、バネ機構の生産後に、利用分野を容易に変更することができない。これは、油圧機械式のエネルギー貯蔵型バネ機構の生産の適応性をなくさせる。なぜならば、バネ機構が特別な利用のために具体的に生産されることしかできず、且つバネ機構を、複数の未確定の使用のための予備のストックとして生産すること及びバネ機構の生産後に所定の利用に適応させることができないからである。

従って、機械的エネルギー貯蔵装置により供給される稼働圧力及びピストンロッドによる移動量に関わらず、ピストン、ピストンロッドまたはこれらに接続される構成要素が終端停止部に衝突する前に、予め決定された閾値以下のピストンロッドの最終速度が達成されるように妨害することができる終端位置減衰部を有した油圧機械式のエネルギー貯蔵型バネ機構を提供することが望ましい。

従って、本発明の目的は、終端位置減衰のレベルが調整される、電気回路遮断器を作動させるための油圧機械式駆動部を可能にすることである。

本発明の目的は、請求項１に従う電気回路遮断器を作動させるための油圧機械式駆動部用の差動シリンダと、請求項９に従う油圧機械式駆動部と、によって達成される。

本発明のさらなる有利な実施形態は、従属請求項において規定される。

第１の側面によれば、電気スイッチ、特に高電圧スイッチを作動させるための油圧機械式駆動部用の差動シリンダが提供される。

差動シリンダは、
− 稼働圧力を供給するための第１圧力領域と、
− 第２圧力領域と、
− 運動範囲において動くことができ且つ第１圧力領域と第２圧力領域との間の圧力差に依存して動くことができるピストンと、
を備え、
減衰装置が設けられ、減衰装置は、ピストンが第２圧力領域に向かって動く場合に、運動範囲の所定セクションにおいてピストンの運動に対する、終端位置減衰とも称される追加的な減衰を提供し、追加的な減衰が自動的に設定される。

減衰装置は、減衰チャンバを有し、減衰チャンバの底部には、オイル通路が配置されている。所定位置にしっかりと固定され、バネ特性を有する閉鎖要素が、閉鎖要素によって閉じられたオイル通路上に広がる減衰圧力にさらされ、且つ減衰圧力を調整し、オイル通路の下部に配置されている。

上記の油圧機械式駆動部のための差動シリンダのコンセプトは、ピストンが終端停止部に到達する前にピストンを減速させるために、ピストンの運動範囲の所定セクション（一部の範囲）においてピストンの運動の減衰を提供することにある。

自動的に設定される減衰を提供することによって、差動シリンダが使用される次のシステムに関する情報に関係なく差動シリンダを設計することを可能にする。

このように、この種類の油圧機械式駆動部における極めて多くの用途に中立な製造が、最終的な使用を知ることなく可能になる。

さらに、減衰装置は、ピストンから第２圧力領域の反対端で減衰チャンバを有してもよく、且つ第２圧力領域に向かってピストン上で突出した減衰ピンを有してもよく、減衰ピン及び減衰チャンバは、減衰ピンが運動範囲の所定セクションにおいて減衰チャンバ内に突出し、且つ従って減衰チャンバから第２圧力領域を分離するように構成されている。

これにより、ピストンの運動範囲の第１セクションで大幅な減衰が引き起こされないことを保証することを可能にする。運動範囲の第２セクションにおいてのみ、ピストンの運動に起因して減衰ピンが減衰チャンバに入るときに、減衰チャンバ内に位置した流体が包囲され、この結果として、流体は、減少した通路断面を通じてのみ減衰チャンバから流出することができる。結果として、第１ピストン領域におけるピストンの運動に対して減衰が大幅に大きくなる。

本発明によれば、油圧流体が減衰チャンバから流出することができる断面は、自動的に設定され、従って、外部介入なく油圧機械式駆動部を利用、すなわちピストンの初期速度、ピストンに作用する力、ピストンの最大速度及びピストンロッドに接続される要素の量に適合させることを可能にし、これにより、油圧機械式駆動部により作動させられる回路遮断器の所望の切り替え動作を達成する。

このために、減衰ピン及び減衰チャンバは、減衰ピンが減衰チャンバ内に入った後に、所定の通路断面を有する余剰間隙を残すように構成されている。

特に、所定の通路断面は、ピストンの運動に対する所定の最大減衰をもたらすように選択することができる。

本発明によれば、ピストンの運動方向に対して軸方向に動くことができる閉鎖要素、好ましくはディスク状要素が、減衰チャンバの底部に配置され、ピストンが第２圧力領域に向かって運動範囲のセクション内に動く場合に、閉鎖要素の下部に位置付けられるかまたは配置される以下でオイル通路とも称される油圧流体のための通路の断面を変更する。

本発明の好ましい実施形態では、オイル通路の少なくとも１つの断面は、第２圧力領域に向かってピストンが動く場合に、閉鎖要素が前記オイル通路を閉じるように構成されている。さらなるオイル通路の少なくとも１つの断面は、ディスク状要素がこのオイル通路を完全に閉じないように構成され、且つ従って間隙が形成され、間隙を通じて油圧流体が流れる。

本明細書では、可動なディスク状要素と、可動な閉鎖要素によって閉じられるオイル通路と、は、チェックバルブとして作用し、従って、可動なディスク状要素は、減衰チャンバの底部に対して押される軸方向に可動なディスク状要素によってピストンの運動に対する追加的な減衰をもたらす。

好ましくはバネ座金として実施され、所定位置にしっかりと固定され、且つ好ましくはディスク状である閉鎖要素が、油圧流体のための通路の下部に配置される。所定位置にしっかりと固定された要素は、バネ特性を有し、且つ広がる減衰圧力により該要素によって閉じられたオイル通路上に押されることができる。従って、有利なことに、所定位置にしっかりと固定された閉鎖要素は、減衰圧力を調整する。

従って、第２圧力領域に向かってピストンが動く場合には、減衰圧力は、所定位置にしっかりと固定されたディスク状要素によって閉じられたオイル通路に付与される。

所定位置にしっかりと固定されたディスク状要素の表面上の力が大きくなると、所定位置にしっかりと固定されたディスク状要素は、下方に曲がり且つ断面を露出させ、この断面を通って、油圧流体が、油圧流体のための通路に接続され且つ油圧流体容器に導くタンクポート内に流出することができる。減衰圧力が高ければ高いほど、露出される断面は大きくなる。油圧流体の増大した流出量に起因して減衰圧力が下がると、所定位置にしっかりと固定されたディスク状要素の湾曲も減少され、且つさらに、制限されない断面が減少される。従って、ピストンの妨害は、特別な最大圧力を超えることなく達成される。

ピストンが反対方向に（減衰チャンバから離れて）動くと、軸方向において自由に可動なディスク状要素は、上昇し、且つ最大断面を露出させる。従って、油圧流体は、減衰チャンバ内に妨げられずに流れることができ、ピストンの加速は、妨げられない。本明細書では、所定位置にしっかりと固定されたディスク状要素は、オイル通路とともに一方向レストリクタとして作用し、オイル通路は、タンクポートに向かって面するその端部において、所定位置にしっかりと固定されたディスク状要素によって閉じられる。

本発明による差動シリンダの特別有利な実施形態では、油圧流体のための２つの通路が設けられるが、オイル通路の数は、より多くてもよい。

好ましくは、オイル通路は、第１サブ領域及び第２サブ領域からそれぞれ形成され、可動なディスク状要素によって完全に閉じられないオイル通路の第１サブ領域は、可動なディスク状要素によって完全に閉じられないオイル通路の第２サブ領域よりも大きい断面を有し、この第２サブ領域は、所定位置にしっかりと固定された弾性要素によって覆われる。

可動なディスク状要素によって完全に閉じられるオイル通路の第１サブ領域は、可動なディスク状要素によって完全に閉じられるオイル通路の第２サブ領域よりも小さい断面を有し、この第２サブ領域は、所定位置にしっかりと固定された弾性要素によって覆われる。

別の側面によれば、上記の差動シリンダを有する油圧機械式駆動部が提供され、好ましくは高電圧回路遮断器において使用される。

本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照して以下でより詳細に説明される。

第１実施形態による終端位置減衰部を有する油圧式差動シリンダを通る概略断面図を示している。

図１は、第２圧力領域４から第１圧力領域３を分離するピストン２を有した油圧式差動シリンダ１の概略断面図を示している。ピストン２は、シリンダ内部５内で可動に構成され、ピストン２は、互いに密閉して第１圧力領域３及び第２圧力領域４を分離する。第１圧力領域３には、稼働圧力を供給することができる。

例えば、稼働圧力は、別の圧力シリンダ（図示せず）によって供給することができ、且つ機械的エネルギー貯蔵装置、例えばあらかじめ搭載されたダイアフラムまたはらせん形バネの解放によって圧力シリンダのピストン２にかけることができる。

油圧式差動シリンダ１は、始動運動を提供する働きをする。このために、差動シリンダ１のピストン２は、ピストンロッド６に接続され、ピストンロッド６は、アクチュエータとして直接的または間接的に電気回路遮断器の開放及び閉鎖をもたらす。

稼働圧力が第１圧力領域３に作用すると、ピストン２は、第１圧力領域３と第２圧力領域４との間の圧力差に従って動き、このため、第２圧力領域４の体積が減り、第２圧力領域４内に位置した油圧流体は、油圧ライン７を介して油圧流体容器（図示せず）内に直接的に流出し、従ってピストン２にほとんど反対圧力をかけない。油圧機械式駆動部が始動されると、差動シリンダ１のピストン２は加速させられ、第２圧力領域４は、ピストン２を減速させることに寄与しない。このように、油圧機械式駆動部を用いて実行される切り替え動作は、所望の速度で行うことができ、従って、迅速な始動操作を可能にする。

始動動作によって加速させられる差動シリンダ１のピストン２または差動シリンダ１に接続された構成要素は、妨害されることなく終端停止部に衝突することを防ぐべきであり、これは、前記停止部が損傷される可能性があり、結果として且つ加えて厄介なノイズが生じる可能性があるからである。この理由のために、終端位置減衰部が設けられている。終端位置減衰部は、シリンダ状、特に円形シリンダ状の減衰ピン１０を用いて形成され、減衰ピン１０は、内部５内の運動範囲Ｂにおいてピストン２が動く間パッシブであり、且つ第２圧力領域４の体積がさらに減少されるにつれてピストン２が減衰範囲Ｄ内に動くとすぐにピストン２の運動の減衰をもたらす。運動範囲Ｂと減衰領域Ｄとの間の移行を表す位置は、減衰ピン１０が、第２圧力領域４の体積が減少されるにつれて同様にシリンダ状の減衰チャンバ１１内に入ることによって規定される。

減衰チャンバ１１及び減衰ピン１０は、減衰ピン１０が減衰チャンバ１１内に入ると余剰間隙８を残す断面を有しており、この間隙を通って油圧流体が減衰チャンバ１１から第２圧力領域４内に浮上することができる。このように、減衰チャンバ１１内に包囲される油圧流体が第２圧力領域４を介して油圧流体容器内に入ることができるので、レストリクタ効果は、余剰間隙８によって提供される。

従って、余剰間隙８を除くと、第２圧力領域４からの油圧流体の流出を行うための油圧ライン７は、減衰チャンバ１１内に包囲される油圧流体と直接的に流体接続しない。

これを保証するために、減衰ピン１０の断面積は、減衰チャンバ１１の断面積よりも小さくされており、これにより、油圧流体の通路のための余剰間隙８を保証する。余剰間隙の効果的な通路断面は、設定することができる最大減衰でピストン２の運動の減衰をなすことができるように、選択することができる。設定することができる最大減衰は、例えば、油圧駆動部の設計中に予め決定することができる。従って、例えば、減衰ピン１０の断面積の０．５％から５％を通路の断面積とすることが可能である。

ピストン２の運動方向に対して軸方向に動くことができ且つ好ましくはディスク状要素または球状要素として実施された閉鎖要素１５が減衰チャンバ１１の底部に配置されている。可動な閉鎖要素１５は、可動なバネ座金であってもよい。可動な閉鎖要素１５は、運動範囲のセクションＤ内へ第２圧力領域４に向かってピストン２が動く間、減衰チャンバ１１の下方に位置付けられるかまたは配置されたオイル通路９，１３の断面を変更する。

オイル通路９の断面は、ピストン２が第２圧力領域に向かって動く場合に可動なディスク状要素１５が前記オイル通路９を閉じるように構成されている。さらなるオイル通路１３の断面は、可動なディスク状要素１５が、このさらなるオイル通路１３を完全に閉じないように構成され、従って油圧流体が流れることができる間隙１６が形成される。

本実施形態において、可動なディスク状要素１５と、可動なディスク状要素１５によって完全に閉じられるオイル通路９と、は、チェックバルブとして作用し、且つ可動なディスク状要素１５は、軸方向に可動なディスク状要素１５が減衰チャンバ１１の底部に対して押されるという事実に起因してピストン２の運動に対する追加的な減衰をもたらす。結果として、可動なディスク状要素１５とともにチェックバルブとして働くオイル通路９は、閉じられる。

所定位置にしっかりと固定され、好ましくはバネ座金または弾性ディスク状要素として実施された閉鎖要素１２が、油圧流体のためのオイル通路９，１３の下部に配置されている。

減衰圧力が付与されるときに、バネ座金１２は、バネ座金によって閉じられるオイル通路１３上に押され、この結果、減衰圧力は、バネ座金１２によって閉じられる通路１３に付与される。

オイル通路９，１３は、第１サブ領域及び第２サブ領域からそれぞれ形成され、オイル通路１３の第１サブ領域は、可動なディスク状要素１５によって完全に閉じられず、且つオイル通路１３の第２サブ領域よりも大きい断面を有し、オイル通路１３の第２サブ領域は、所定位置にしっかりと固定された弾性要素１２によって覆われる。

可動なディスク状要素１５によって完全に閉じられるオイル通路９の第１サブ領域は、オイル通路９の第２サブ領域よりも小さい断面を有し、オイル通路９の第２サブ領域は、所定位置にしっかりと固定された弾性要素１２によって部分的に覆われる。

バネ座金１２の表面上の力が大きくなると、バネ座金１２は、下方に曲がり且つ断面を露出させ、この断面を通って、油圧流体が、オイル通路１３に接続され且つ油圧流体容器に導くタンクポート１４に流出することができる。

減衰圧力が高ければ高いほど、露出される断面は大きくなる。オイルの増大した流出量に起因して減衰圧力が下がると、バネ座金１２の湾曲も減少され、且つさらに、制限されない断面が減少される。従って、ピストン２の妨害は、特別な最大圧力を超えることなく達成される。

ピストン２が減衰チャンバから離れて反対方向へ動かされると、軸方向において自由に可動なバネ座金１５が上昇し、ピストン２に向かって動き、且つその際に油圧オイルのための通路９，１３の最大断面を露出させる。

ピストン２の動きに対して軸方向に動くことができ且つ油圧流体のための通路９と、オイル通路９，１３の下部に所定位置にしっかりと固定されたディスク状要素１２と、に対するトップカバーとして働くディスク状要素１５を減衰チャンバ１１の底部に設けることを通じて、ピストン２の減衰は、自動的に設定され、従って、差動シリンダは、用途に関係なく製造することができる。

１ 差動シリンダ、２ ピストン、３ 第１圧力領域、４ 第２圧力領域、６ ピストンロッド、７ 油圧ライン、８ 余剰間隙、９ 減衰ピンにおける上方への運動を妨げないためのオイル通路、１０ 減衰ピン、１１ 減衰チャンバ、１２ 所定位置にしっかりと固定された閉鎖要素，所定位置にしっかりと固定されたディスク状要素，所定位置にしっかりと固定されたバネ座金、１３ 減衰させるために可変断面を有するオイル通路、１４ 油圧流体容器に導くタンクポート、１５ 可動な閉鎖要素，軸方向において可動なディスク，可動なバネ座金、１６ 間隙

Claims (9)

1. − 稼働圧力を供給するための第１圧力領域（３）と、
   − 第２圧力領域（４）と、
   − 運動範囲において動くことができ且つ前記第１圧力領域（３）と前記第２圧力領域（４）との間の圧力差に依存して動くことができるピストン（２）と、
   − 前記ピストン（２）が前記第２圧力領域（４）に向かって動く場合に、前記運動範囲の所定セクション（Ｄ）において前記ピストン（２）の運動に対する追加的な減衰を提供する減衰装置であって、前記追加的な減衰が自動的に設定される、減衰装置と、
   を備える、
   電気スイッチ、特に高電圧スイッチを作動させるための油圧機械式駆動部用の差動シリンダ（１）において、
   前記減衰装置は、減衰チャンバ（１１）を有し、該減衰チャンバ（１１）の底部にはオイル通路（９，１３）が配置され、所定位置にしっかりと固定され且つバネ特性を有する閉鎖要素（１２）が前記オイル通路（９，１３）の下部に配置され、且つ所定位置にしっかりと固定された前記閉鎖要素（１２）は、該閉鎖要素（１２）によって閉じられた前記オイル通路（１３）上に広がる減衰圧力にさらされ且つ前記減衰圧力を調整することを特徴とする差動シリンダ。
2. 所定位置にしっかりと固定された前記閉鎖要素（１２）は、バネ座金として実施されることを特徴とする請求項１に記載の差動シリンダ。
3. 前記減衰装置は、前記ピストン（２）から前記第２圧力領域（４）の反対端で減衰チャンバ（１１）を有し、且つ前記第２圧力領域に向かって前記ピストン（２）上で突出した減衰ピン（１０）を有し、
   前記減衰ピン（１０）及び前記減衰チャンバ（１１）は、前記減衰ピン（１０）が、前記運動範囲の所定セクション（Ｄ）において前記減衰チャンバ（１１）内に突出し、且つ従って前記減衰チャンバ（１１）から前記第２圧力領域（４）を分離するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の差動シリンダ。
4. 前記減衰ピン（１０）及び前記減衰チャンバ（１１）は、前記減衰ピン（１０）が前記減衰チャンバ（１１）内に入った後に、所定の通路断面を有する余剰間隙（８）を残すように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の差動シリンダ。
5. 前記所定の通路断面は、前記ピストン（２）の運動に対する所定の最大減衰をもたらすように選択されることを特徴とする請求項４に記載の差動シリンダ。
6. 前記ピストン（２）が前記第２圧力領域（４）に向かって前記運動範囲の前記所定セクション（Ｄ）内に動く場合に、前記ピストン（２）の運動方向に動くことができる前記閉鎖要素（１５）は、前記減衰チャンバ（１１）の底部で前記通路（９）の断面を閉じるか、または部分的に閉じることを特徴とする請求項５に記載の差動シリンダ。
7. 前記オイル通路（９）の少なくとも１つの断面は、前記第２圧力領域に向かって前記ピストンが動く場合に、前記可動な閉鎖要素（１５）が前記オイル通路（９）を閉じるように構成されており、前記さらなるオイル通路（１３）の少なくとも１つの断面は、前記可動な閉鎖要素（１５）が該オイル通路（１３）を完全に閉じないように構成され、且つ従って、間隙（１６）が形成され、前記間隙（１６）を通って油圧流体が流れることを特徴とする請求項５に記載の差動シリンダ。
8. 前記可動な閉鎖要素（１５）と、前記ディスク状要素（１５）によって完全にまたは部分的に閉じられる前記オイル通路（９）と、は、チェックバルブとして作用することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の差動シリンダ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の差動シリンダ（１）を有する高電圧回路遮断器のための油圧機械式駆動部。

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