CN108701554A - 用于电气设备的弹簧操作致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电气开关设备的弹簧操作致动器，包括：致动器弹簧(104)；以及旋转式空气阻尼器，被连接至所述致动器弹簧。所述阻尼器具有能够相对于彼此旋转的组件，并且被布置为在结束部分期间使致动运动减速。所述阻尼器具有环形工作腔，所述环形工作腔具有由两个周向壳体部分(119、120)形成的内壁表面(123‑126)。所述周向壳体部分能够相对于彼此旋转并且彼此相遇，使得第一间隙和第二间隙(g)被形成。在所述两个壳体部分(119、120)之间有密封装置(121)，所述密封装置桥接在相应的间隙(g)上。所述密封装置具有在所述第一间隙(g)处的第一周向密封件(121)、以及在所述第二间隙处的第二周向密封件。根据本发明，所述第一密封件和第二密封件中的至少一个密封件(121)包括被适配在凹槽(146a、146b)中的密封主体(140)，所述凹槽(146a、146b)在至少一个壳体部分的所述内壁彼此相遇的位置处被形成在至少一个壳体部分的所述内壁中。所述密封主体(140)具有面向所述工作腔的密封表面(141)，所述密封表面(141)在垂直于所述周向方向的方向上具有比所述壳体部分(119、120)之间的所述最大间隙(g)更大的延伸。所述密封表面(141)与壁表面(125)基本对齐。

Description

用于电气设备的弹簧操作致动器
技术领域
本发明涉及一种用于电气开关设备的弹簧操作致动器，包括：致动弹簧以及旋转式空气阻尼器，该致动弹簧提供开关设备的致动运动；该旋转式空气阻尼器被连接至致动弹簧，该阻尼器具有可相对于彼此旋转的组件，并且该阻尼器被布置为在致动运动的至少一个结束部分期间使致动运动减速，该阻尼器具有环形工作腔，该环形工作腔具有由两个周向壳体部分形成的内壁，该内壁可相对于彼此旋转并且彼此相遇，使得在壳体部分之间形成了第一间隙和第二间隙，该密封装置桥接在相应的间隙上，并且包括在第一间隙处的第一周向密封件以及在第二间隙处的第二周向密封件。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种开关设备。
背景技术
在输电或者配电网中，开关设备被并入网络中，以响应于异常负载状况而提供自动保护或者允许打开或者闭合(切换)网络的各个部分。因此，可以要求开关设备执行若干不同的操作，诸如，中断终端故障或者短线路故障、中断小电感电流、中断电容电流、异相切换或者空载切换，全部这些不同的操作对于本领域的技术人员而言都是熟知的。
在开关设备中，通过两个触头来实施实际的打开或者闭合操作，其中通常，一个触头是静止的，而另一触头是可动的。可动触头由包括致动器和机构的操作装置操作，其中所述机构将致动器可操作地连接至可动触头。
用于中压开关和高压开关以及断路器的已知操作装置的致动器是弹簧操作型的、液压型的或者电磁型的。在下文中，将描述操作装置操作断路器，但是类似的已知操作装置还可以操作开关。
弹簧操作致动器或者弹簧驱动单元(弹簧操作致动器也被称为弹簧驱动单元)通常使用两个弹簧来操作断路器：用于打开断路器的打开弹簧和用于使断路器闭合并且对打开弹簧进行再加载的闭合弹簧。代替仅一个弹簧用于打开弹簧和闭合弹簧中的每一个，有时可以针对打开弹簧和闭合弹簧中的每一个使用一组弹簧。例如，这样的一组弹簧可以包括被布置在较大的弹簧内部的小弹簧或者被并排平行布置的两个弹簧。在下文中，应该理解，当提到相应打开弹簧和闭合弹簧中的弹簧时，这种弹簧可以包括一组弹簧。另一机构将弹簧的运动转换为可动触头的平移运动。在弹簧在网络中的闭合位置中，断路器的可动触头和静止触头彼此接触，并且操作装置的打开弹簧和闭合弹簧被充电。在进行打开命令之后，打开弹簧打开断路器，从而将触头分开。在进行闭合命令之后，闭合弹簧使断路器闭合并且同时，对打开弹簧进行充电。若需要，打开弹簧现在准备好执行第二次打开操作。当闭合弹簧已经使断路器闭合时，操作装置中的电动机对闭合弹簧进行再充电。该再充电操作需要几秒钟。
可以例如，在US 4,678,877、US 5,280,258、US 5,571,255、US 6,444,934和US 6,667,452中找到用于断路器的弹簧操作致动器的说明性示例。
在致动开关设备时，开关设备的可动触头部分达到非常高的速度以尽可能快地断开电流。在运动的结束部分，使运动减速以避免发生冲击是重要的。因此，所讨论类型的致动器通常配备有某种阻尼器以在致动器的运动结束时使运动触头的速度减慢。一个阻尼器用于进行打开，而另一阻尼器用于进行闭合。通常，阻尼器与在液压缸中操作的活塞成线性关系。
这种阻尼器是耗费空间的并且需要多个组件连接至致动器的驱动机构。
为了克服这种缺点并且提供用于进行闭合的需要细小的空间和极少组件的阻尼器，EP 2317530建议使用旋转式空气阻尼器以抑制该闭合。因此，根据本公开的装置更可靠并且更精确。
虽然已经将根据EP 2317530的装置的操作示出为比这种类型的传统装置更可靠并且更精确地进行操作，但是已经发现：泄漏发生是不可预测的，这导致不能完全控制阻尼性能。
其中与螺旋扭力弹簧有关的术语“端部”在本申请中是指弹簧材料的端部，即，在弹簧螺旋线的方向上的端部。对于在轴向方向上的端部，使用术语“轴向端部”。
发明内容
本发明的目的是改进在EP 2317530中公开的那种装置以克服与该装置有关的缺点。
根据本发明，由于在权利要求1的前序部分中指定的那种类型的弹簧操作致动器包括在权利要求书的特征部分中指定的具体特征，因此，实现了该目的。因此，根据本发明，第一密封件和第二密封件中的至少一个密封件包括被适配在凹槽中的主体，该凹槽在两个壳体部分中的至少一个壳体部分的内壁彼此相遇(meet)的位置处被形成在两个壳体部分中的至少一个壳体部分的内壁中，该主体具有面向工作腔的密封表面，该密封表面在垂直于周向方向和径向方向的方向上具有比壳体部分之间的最大间隙更大的延伸，并且该密封表面与壁表面基本对齐。
如果没有另外明确表示，则本申请中如同“周向”、“径向”等术语是指旋转式空气阻尼器的旋转轴和弹簧的对齐的轴。“内”和“外”是指径向。“侧向”由平行于旋转轴的方向限定。
“基本对齐”应该被理解为密封表面在绝对对齐的+/-0.5mm的范围内。优选地，在组装了旋转式空气阻尼器之后，密封表面与相邻的壁表面对齐。然而，由于制造公差和间隙g可能在操作中扩大的事实，密封表面与壁表面之间可能在一定程度上未对齐。
利用根据EP 2317530的密封布置，当阻尼器中的空气被压缩时，阻尼器中的空气将泄漏到两个半壳之间的间隙中。该空气将通过位移主体和/或端壁的外周边到达低压力侧。这影响了压缩空气对位移主体的旋转运动的阻力，并且因此，影响了阻尼操作，该阻尼操作将受到较少的控制，具体地，因为间隙的宽度可能在操作期间发生变化，因此，在间隙中发生泄漏。通过根据本发明的密封件，当阻尼器中的空气被压缩时，阻尼器中的空气不会泄漏到密封件所在的壳体部分之间的间隙中。这是因为密封件的宽度大于最大间隙。密封件由于作用在密封表面上的气压而被挤压，以维持其位置。更好地限定了在可旋转组件的边缘周围发生的其余泄漏并且容易进行适当地调整。因此，空气对旋转的阻力将得到更好的控制，并且因此，阻尼操作也得到更好的控制。由于阻尼操作更加准确，因此，致动弹簧可以更大并且更强，从而允许以更高的电压来应用用于开关设备的致动器。
优选地，相应地设计第一密封件和第二密封件两者。因此，上面提到的优点将比只有第一密封件和第二密封件中的一个密封件具有特定特征时更加突出，尽管在后一种情况下，现有技术也会有所改进。
根据本发明的优选实施例，致动弹簧是打开弹簧，并且致动运动是闭合运动。
虽然还可以针对打开弹簧采用发明的致动器，但是针对闭合弹簧的应用是最重要的。根据另一优选实施例，凹槽被形成在两个内壁中。
在大多数情况下，这种布置使得密封更有效，并且与凹槽仅形成在内壁中的一个内壁中的可能性相比较，所得到的对称性提供了更可靠的性能。然而，后一种备选方案在某些状况下可能是优选的，因为密封可以很简单，并且以低成本来进行布置。
根据又一优选实施例，密封表面的延伸比所述最大间隙大数倍。
这为密封件的适当地起作用提供了相当大的裕度，并且还提高了密封效率。
根据又一优选实施例，密封主体在其与密封表面相对的一侧具有后表面，该后表面具有以锐角与密封表面的侧端相遇的侧部。
倾斜的后表面使得在阻尼器的操作期间，将在壳体部分之间发生的相对侧向运动之间的关系将很明显。因此，密封的性能在控制内。
根据又一优选实施例，角度在10°至50°的范围内。
后表面的这种形状使得壳体部分的侧向运动与主体的径向运动之间的关系是适当的。对于例如，30°的角度，间隙增加0.2mm使得主体以小于0.1mm的量而径向运动到凹槽中。优选地，角度在25°至33°的范围内。
根据又一优选实施例，当在垂直于周向方向的截面中观察时，后表面的每个侧部时，后表面的每个侧部至少在其与所述侧端相遇的点附近是平坦的。
平坦的表面有利于在凹槽中牢固地支撑主体。
根据又一优选实施例，凹槽至少在其位于所述侧端附近的部分处邻接后表面，并且在邻接区域中具有与后表面的侧部对应的形状。当使凹槽成形为符合后表面的侧部的形状时，在凹槽中支撑密封主体将是稳固的，并且确保了密封件适当地起作用。
根据又一优选实施例，密封主体包括在垂直于周向方向的平面中具有梯形形状的径向内部部分。
密封主体的这种形状促进获得适当的密封表面和后表面。优选地，密封主体的形状相对于穿过间隙的中心径向平面是对称的。
根据又一优选实施例，密封主体被设置有被布置为将密封主体保持在凹槽中的保持器装置。
该保持器装置防止了密封件向内落入到工作腔中的风险。
根据又一优选实施例，保持器装置包括从密封主体的后表面延伸的突起，该突起具有在轴向方向上比更接近密封主体的突起部分的宽度更宽的外部部分。
因此，保持器简单可靠。优选地，保持器被对称地布置。
根据又一优选实施例，每个壳体部分在其面向另一壳体部分的表面上具有周向凹部，这些凹部面向彼此并且被定位和成形为容纳更宽部分，使得该更宽部分被保持在凹槽中。这些配合凹部为保持器提供了有效的保持物。优选地，凹部被对称地布置。
根据又一实施例，工作腔由外壁、内壁以及第一侧壁和第二侧壁形成，并且壳体部分沿着外壁和内壁彼此相遇。
因此，工作腔的壳体被径向分开，使得间隙是径向的。这意味着壳体部分之间的少量相对运动在轴向方向上发生，从构造角度来看，这是一种促进轴接并且确保在改变间隙宽度时适当地维持密封功能的简单解决方案。优选地，间隙位于彼此偏移的径向平面中。一个间隙可以例如，位于中心径向平面中或者中心径向平面附近，而另一间隙在更侧向定位的径向平面中。
根据又一优选实施例，可相对于彼此旋转的组件包括被附接至所述壳体部分中的第一壳体部分的端壁组件、和被附接至所述壳体部分中的第二壳体部分的位移组件，并且在垂直于周向方向的平面中观察时，这些组件都具有与工作腔的形状对应的形状的外部轮廓，并且组件中的至少一个组件至少沿着其轮廓中的与第一密封件和第二密封件中的一个密封件配合的部分是弹性的。
弹性提供了根据间隙的暂时的宽度来适应密封件的各种径向位置，使得从高压力侧到低压力侧的空气泄漏得到更好地控制。
根据又一优选实施例，所述组件中的至少一个组件具有至少一个孔口，该至少一个孔口在组件的周向相对侧之间提供连通。
运动组件在行程的结束部分的减速取决于从高压力侧到低压力侧的空气泄漏。泄漏在组件的边缘上发生。利用该实施例，还将存在通过(多个)孔口的空气泄漏。这部分泄漏更容易被预测和控制。因此，与如果所有的泄漏都将在组件的边缘周围发生相比较，该实施例提供了对阻尼性能的更好的控制。该影响越大，总泄漏中通过(多个)孔口发生的泄漏部分越大。
根据本发明的第二方面，由于电气开关设备包括根据本发明的弹簧致动器，具体地包括根据本发明的任何优选实施例的弹簧致动器，因此，目的得以实现。
发明的电气开关设备具有与发明的致动器及其优选实施例的优点相似的优点，已经在上文描述了这些优点。
根据电气开关设备的优选实施例，发明的电气开关设备是断路器。
这是一种应用，在该应用中，本发明的优点特别有用。
在从属权利要求书中阐述了本发明的上述优选实施例。应该理解，进一步的优选实施例可以由所描述的优选实施例的特征的任何可能组合以及这些可能组合中具有在下面对示例的描述中描述的特征的任何可能特征组合构成。
附图说明
图1是根据现有技术的穿过弹簧操作致动器的示例的轴向截面。
图2是图1的截面的透视图。
图3是沿着图1中的线III-III的截面。
图4是图3的细节的透视图。
图5是图1至图4的弹簧操作致动器的细节的透视图。
图6是从另一方向观察的图5中的细节的透视图。
图7是图1至图6的弹簧操作致动器的进一步细节的透视图。
图8是根据备选示例的图1至图4的细节的一部分的侧视图。
图9是当从图1的左侧看弹簧操作致动器时弹簧操作致动器的端视图。
图10和图11图示了与现有技术有关的问题。
图12是根据本发明第一示例的旋转式空气阻尼器的透视图。
图13是穿过图12的阻尼器的透视图中的工作腔的截面。
图14是图13的细节的放大图。
图15示意性地图示了根据本发明的断路器。
图16是图示了第二示例的与图14的截面相似的截面。
图17是图示了第三示例的与图14的截面相似的截面。
具体实施方式
如最初提到的，本发明是对EP 2317530中公开的装置的改进，并且与该装置密切相关。EP 2317530的完整公开内容明确地并入本申请中。
该并入的公开内容是在图1至图9中图示的致动器的根据。下面与这些附图有关的描述为更好地理解本发明提供了上下文。因此，对与图1至图9有关的现有技术的描述应该被视为对本发明的描述的一部分。因此，在这些附图和随附说明中公开的特征是对本发明的描述的一部分，并且可以按照与本说明书的其余部分相同的方式来用作权利要求书修改的来源。
对图10至图11的描述涉及现有技术中偏离本发明并且与本发明矛盾的细节，并且为了说明本发明解决的问题而提出。因此，对示例的描述被分成与图1至图9有关的第一部分，并且描述了本发明和现有技术的共同之处。第一部分还包括对图10和图11的描述。第一部分以“现有技术”为标题。本发明特有的细节在下面在标题“本发明的具体内容”下进一步描述。
现有技术
图1是穿过断路器的致动器的轴向截面。致动器具有主轴1和凸轮盘2。凸轮盘作用于传动杆(未示出)上，以便切换断路器。从凸轮盘到断路器的传输以及断路器本身可以是传统类型的，并且不需要进行进一步解释。
主轴由打开弹簧3和闭合弹簧4操作。两个弹簧都是螺旋扭力弹簧，并且与主轴同轴。打开弹簧3径向地位于闭合弹簧4的外部，并且因此，具有超过闭合弹簧4的外直径的内直径。
打开弹簧3被挤压在两个端部配件之间：在弹簧的支撑端部5处的支撑端部配件6和在弹簧的致动端部7处的致动端部配件8。因此，处于其充电状态的打开弹簧3在其螺旋线的方向上被加载，或者换句话说，带电的打开弹簧在其展开方向上被按下。因此，致动端部7在致动端部配件8上作用推力，该致动端部配件8通过花键9连接至主轴1。
闭合弹簧4由两个单元组成：径向外部单元4a和径向内部单元4b，该径向外部单元4a和径向内部单元4b都具有与打开弹簧3的轴线和主轴1对齐的轴线。
如同打开弹簧，处于其充电状态的闭合弹簧4也在其螺旋线的方向上被加载。闭合弹簧的外部单元4a具有支撑端部10和连接端部14，并且内部部分具有致动端部12和连接端部15。支撑端部10被压靠在被安装于支撑法兰35上的支撑端部配件(未示出)，并且致动端部12被压靠致动端部配件13。两个单元4a、4b的连接端部14、15都被压靠连接配件16，通过该连接配件16，两个单元彼此处于力传递关系。
当断路器被触发以进行打开动作时，打开弹簧3推动其致动端部配件8旋转，并且因此，使主轴1旋转。
大约0.3秒之后，断路器将被闭合。由此，闭合弹簧4被启动，使得其致动端部12推动其致动端部配件13以通过一系列配合组件(诸如，凸轮、滚子等)使主轴1在与打开过程的方向相反的方向上旋转，以使致动杆运动，从而使断路器闭合。当主轴1在该方向上旋转时，还将使打开弹簧3的致动端部配件8在相同的方向上旋转，使得致动其推动打开弹簧3的致动端部7，并且打开弹簧再次被充上电，并且准备好进行会被要求的连续打开运动。
当闭合操作完成时，由于闭合弹簧的支撑端部10被闭合弹簧的支撑端部配件推动，因此，闭合弹簧被再充电。
在打开运动和闭合运动结束时，必须使运动抑制，以避免由于能量过剩而在行程结束时发生冲击。
通过常规的线性作用液压阻尼器17来抑制打开运动。
通过将空气作为工作介质的旋转式阻尼器18来抑制闭合运动。旋转式阻尼器18可以具有可相对于彼此旋转的组件。旋转式阻尼器18具有与主轴1同轴的环形工作腔。工作腔由具有第一侧壁24、第二侧壁23、外周壁25和内周壁26的壳体所形成。壳体被分成两部分：第一部分20和第二部分19。两个部分可相对于彼此旋转并且通过外部周向密封件21和内部周向密封件22连接。
第二部分19驱动地连接至闭合弹簧4的内部单元4b的致动端部配件13，并且因此，在闭合时与凸轮盘2共同旋转。第一部分20在其外部具有轴向延伸的法兰35，在该法兰35上，安装有闭合弹簧4的外部单元4a的支撑端部配件。
参照图3说明了闭合阻尼器的操作，该图3是在朝着第一部分20的方向上穿过阻尼器的径向截面。在闭合运动期间，第一部分20是静止的，并且第二部分19(在图3中不可见)在箭头A的方向上旋转，该箭头A的方向被限定为阻尼器的旋转方向。将盘状主体附接至第一侧壁24，这形成了径向端壁27。将对应的盘状主体附接至第二侧壁23，并且形成位移主体28。端壁27和位移主体28中的每一个与工作腔的侧壁23、24和圆周壁25、26密封配合。
第一侧壁具有穿过第一侧壁以分别充当空气的入口和出口的第一孔口29和第二孔口30。
当在阻尼器的旋转方向上观察入口孔29时，入口孔29位于端壁27之后的不远处。出口孔30大约位于端壁27前方的直角处。
当闭合弹簧被充电并且处于开始闭合运动的状态时，位移主体28在如图中看到的右侧上接近端壁27(即，在入口孔29的区域中)。壳体的第二部分19经由一系列组件与主轴驱动连接。
当发生闭合运动时，由于位移主体28连接至第二侧壁23，因此，位移主体28将从其邻近端壁27的初始位置运动，并且在箭头A的方向上旋转，直到其已经完成几乎完整的转动并且到达端壁27的左侧。在位移主体28的旋转期间，将通过入口孔29吸入空气。并且，在转动的大部分期间，将通过出口孔30压出空气。
在位移主体已经通过出口孔30之后，空气将被截留在位移主体28与端壁27之间。进一步的旋转将压缩被截留的空气。由此，增加了抵抗旋转的反作用力，并且一些空气泄漏将沿着端壁27与壳体的壁之间以及位移主体28与壁之间的密封线发生。从而实现了阻尼效果。
通常，在端壁和位移主体周围的空气泄漏足以实现在过阻尼与欠阻尼之间的适当平衡的阻尼。在密封非常有效的情况下，可以通过提供穿过端壁27或者穿过位移主体28的小的泄漏孔来实现适当的空气泄漏。
图4是闭合阻尼器的壳体的第一部分的透视图。
用于对闭合弹簧4进行充电的机构部分地与闭合阻尼器18整合。阻尼器的第一部分20在外部被成形为具有外部径向突出齿32的齿轮31。该齿轮31与由电动机经由齿轮箱56驱动的小齿轮33配合。在进行充电时，小齿轮33在箭头A的方向上驱动阻尼器18的第一部分20完成大约一次完整的转动(图3)。由此，端壁27立即运动至位移主体28的左侧位置。因此，当闭合运动开始时，端壁27和位移主体将如上所述地相对于彼此到达某一位置。
阻尼器18的第一部分20穿过驱动地被连接至闭合弹簧4的外部单元4a的支撑端部配件11的法兰35(图1和图2)。
当第一部分20旋转时，闭合弹簧的外部单元4a的支撑端部配件将跟随第一部分20的旋转，因为闭合弹簧的外部单元4a的支撑端部配件安装在从阻尼器18的第一部分20向后延伸的轴向法兰35上。由此，闭合弹簧被螺旋形地加载到其充电状态。
图5是从弹簧朝向端部配件观察的打开弹簧3的端部配件8的透视图。打开弹簧3的致动端部7延伸穿过法兰37中的形成端部配件8的一部分的孔36。端部配件8中的凹陷38抵靠邻接表面39而引导致动端部7。另一端部配件可以具有相似的构造。
图6从另一方向图示了打开弹簧3的致动端部配件8。而且，单元4a和4b的连接端部配件16在致动端部配件8的后面部分可见。
图7更详细地图示了连接端部配件16。连接端部配件16由内环42构成，第一邻接法兰43和第二邻接法兰44在相对于彼此大约45°至60°的角位置处从该内环42向外径向延伸。在邻接法兰43、44的径向中部处，圆形壁45将它们互连，该圆形壁与内环42同轴。第一邻接法兰43具有在其径向外部部分处的邻接表面48和穿过其内部部分的孔47。相应地，第二邻接法兰44具有穿过其外部部分的孔46和在其内部部分上的邻接表面49。
内部闭合弹簧单元4b延伸穿过第一法兰43的孔47，并且其端部邻接第二法兰44的邻接表面49。相应地，外部闭合弹簧单元4a延伸穿过第二法兰44的孔46，并且其端部邻接第一法兰43的邻接表面48。由此，来自外部闭合弹簧单元4a的推力被传递至内部闭合弹簧单元4b。通过孔46、47、环42以及圆形壁45抵靠闭合弹簧单元4a、4b的端部部分的相应邻接表面48、49，来引导闭合弹簧单元4a、4b的端部部分。因此，可以将端部部分宽松地适配到连接端部配件8中，并且不需要另外的附接手段。
在图8中图示了端部配件的备选构造。在图8中，示意性地图示了用于打开弹簧3的支撑端部配件6的一部分。打开弹簧3的支撑端部部分5具有抵靠端部配件6的径向法兰58上的邻接表面61的端部表面。第二径向法兰59和连接两个法兰58、59的周向部分57形成保持装置。第二径向法兰59具有穿过第二径向法兰59的孔60，并且打开弹簧延伸穿过该孔60，使得其端部部分5朝着邻接表面61被引导。另一端部配件可以具有相似的构造。
图9是当从图1中的左侧时的弹簧操作致动器的端视图。凸轮盘2通过花键50驱动地连接至主轴1。具有相应触发线圈54、55的闩锁机构52、53控制致动器的打开运动和闭合运动。在图的左侧部分中，用于打开弹簧的油阻尼器17是可见的，并且在左侧，可以看到用于对闭合弹簧进行充电的齿轮31的一部分。
图10是根据现有技术以透视图的形式示出的工作腔的截面，并且用于说明牵涉该构造的问题。旋转壳体部分19和静止壳体部分20沿着外壁和内壁彼此相遇，使得在壳体部分19、20之间形成相应间隙。外壁中的间隙被表示为g1，并且通过***在凹部中的密封件21桥接在壳体部分19、20中。密封件21防止空气从工作腔泄漏出来。然而，压缩空气被允许流到间隙中直至密封件21，并且如通过箭头L指示的那样在周向方向上通过间隙到达位移主体28的另一侧。这意味着空气从高压力侧泄漏到低压力侧。类似的空气泄漏在内部密封件22处的间隙上发生。
工作腔内的压力在两个壳体部分19、20之间形成分离力R。响应于在阻尼操作期间工作腔内的压力变化，该力发生变化。因此，间隙g1的宽度将发生变化，并且因此，在位移主体28的边缘上的空气泄漏L也发生变化。该空气泄漏影响阻尼操作。由于间隙的暂时的宽度难以预测并且发生变化，因此，难以控制阻尼操作以使其足以避免欠阻尼以及过阻尼。
图11图示了在径向平面中的上述泄漏。
本发明的具体内容
图12是根据本发明的旋转式空气阻尼器118的透视图，该旋转式空气阻尼器118被机械地连接至图中示意性地指示出的闭合弹簧104。闭合弹簧可以是上面关于图1和图2描述的类型。旋转壳体部分119在箭头的方向上旋转，并且具有附接至其的位移主体128。为了说明清楚起见，旋转壳体部分119的一部分不在该图中。静止壳体部分120具有附接至其的端壁127。
该图图示了在断路器的闭合行程结束时的位置。在闭合行程期间，通过出口130排出压缩空气。在位移主体128已经通过出口130之后不久，空气将被截留并且被压缩在位移主体128与静止端壁127之间。在密闭腔内产生的压力减缓了旋转，并且因此，抑制了在行程结束时的运动。
图13用与图10中的一个截面相似的截面图示了本发明。图13的装置与在图10中图示的装置的不同主要在于间隙中的密封件的布置，而可以在所有其它方面与图10的装置相似。
因此，图13的旋转式空气阻尼器具有旋转周向壳体部分119和静止周向壳体部分120，该旋转周向壳体部分119和静止周向壳体部分120共同形成环形工作腔，在该环形工作腔中，位移主体128在阻尼行程期间旋转。工作腔由第一侧壁124、第二侧壁123、外壁125以及内壁126限制。位移主体被附接至旋转壳体部分119，并且因此与旋转壳体部分119共同旋转。将端壁(图中不可见)附接至静止壳体部分120。
两个壳体部分119、120沿着外部周向间隙g和内部周向间隙彼此相遇。在外部周向间隙处布置有周向外部第一密封件121，并且该周向外部第一密封件121桥接在间隙上。按照类似的方式，在内部周向密封件处布置有周向内部第二密封件122。
图14是图13的细节的放大图，并且图示了外部第一密封件121和密封件在其中起作用的间隙g。对应地布置内部第二密封件122。外部第一密封件121由密封主体140和保持器143、143a、143b、144组成，保持器143、143a、143b、144通过保持器的腰部部分144连接至密封主体140。密封主体140在垂直于其周向延伸的截面中具有梯形形状。密封主体140的大的端部形成密封表面141，并且面向工作腔。梯形的与密封表面相对的一侧被称为后表面，并且包括平行于密封表面的中心部分、和将该中心部分连接至密封表面141的两个锥形侧部145a、145b。这些锥形侧部145a、145b以30°的角度与密封表面相遇。
保持器是外部第一密封件121的一体部分，并且具有大致T形。保持器具有通过腰部部分144连接至密封主体140的径向外部部分143、143a、143b，该腰部部分144具有比外部部分143、143a、143b更小的轴向宽度。
壳体部分119、120之间的间隙g具有适用于容纳并且保持外部第一密封件121的轮廓。因此，密封主体140位于壁中的凹槽146a、146b中。凹槽是通过在间隙与相应壳体部分119、120的周向腔壁相遇的边缘处切断壳体部分119、120中的每个壳体部分而形成的。凹槽由壳体部分中的相应锥形表面侧向地形成。锥形的角度等于后表面的锥形侧部145a、145b的倾斜角度，使得形成后表面的锥形侧部145a、145b的支撑。
壳体部分119、120的面向间隙g的表面在腰部部分144的区域中具有突起148a、148b。该突起148a、148b之间的距离略大于腰部部分144的宽度。进一步向上看图，可以看出，每个壳体部分119、120具有容纳保持器的外部较宽部分143a、143b的凹部147a、147b。凹部147a、147b的尺寸足以抵靠保持器143a、143b而建立径向间隙和轴向间隙。
位移主体128(见图13)在工作腔中沿周向方向运动，即垂直于图的平面。位移主体128具有围住其周边的边缘密封件149。该边缘密封件149是弹性的，并且抵靠工作腔的内壁、以及抵靠外部第一密封件121以及内部第二密封件122进行密封(见图13)。
在阻尼器的操作中，工作腔的位于位移主体128前方的部分中的空气将被压缩。因此，压缩空气将在位移主体128的边缘处的密封件149上泄漏到其另一侧。工作腔的受压部分产生充当壳体部分119、120之间的分离力的轴向力，该轴向力趋向于加宽间隙g。分离力将在阻尼行程期间发生变化，并且因此，间隙的宽度发生变化。工作腔中的压力在箭头P的方向上作用于外部密封件121的密封表面141，使得其在图中被向上按压，从而保持与凹槽146a、146b的锥形侧表面接触。
如果凹槽146a、146b中的侧表面由于增加的分离力而从图中的位置彼此移开，则密封主体140将跟随该运动并且因此，由于作用于其密封表面141的压力P而在图中向上运动。因此，密封主体140将防止空气泄漏到间隙g中，并且这在间隙g的宽度发生改变时也是有效的。由于该示例中侧锥形表面与密封表面之间的角度为30°，密封主体140的径向位移将是间隙g的宽度变化的大致30％。
T形保持器143、143a、143b、144消除了外部密封件121将落入到工作腔中的风险。凹部147a、147b的比保持器的侧部143a、143b的径向尺寸更宽的径向尺寸允许适应外部第一密封件121的径向位移。
边缘密封件149的弹性允许其在被径向移位时跟随密封表面141，使得维持了边缘密封件149与密封表面141之间的密封。
静止端壁127之间的密封(见图12)与上述用于位移主体128的密封相似。而且，可以相应地执行内部密封件122(见图13)与位移主体128和端壁127之间的密封。
由于没有发生通过间隙g从工作腔的压力侧到另一侧的泄漏，因此，唯一的泄漏发生在端壁127和位移主体128的周边的一部分周围。
在一些应用中，可能需要通过提供在位移主体128上延伸的孔口150(见图13)以使得压力侧与另一侧彼此连通来控制两侧之间的泄漏。因此，阻尼性能将由位移主体周围并且通过孔口的总泄漏确定。这种孔口还可以备选地或者互补地存在于端壁127中。当然，超过一个孔口可以存在于位移主体中。
图16示意性地图示了本发明的第二示例。图16是穿过与图14的截面对应的截面中的阻尼器的外部第一密封件221的截面。密封件容纳在凹槽246a、246b中，该凹槽246a、246b形成在它们在间隙g处彼此相遇的壳体部分219、220中。位于壳体部分220中的凹槽的第一部分246b相对较浅，而位于壳体部分219中的凹槽的第二部分246a更深。第二部分246a在其侧向外端处具有凹陷部分2461。
密封件221具有适用于装配在凹槽246a、246b中的横截面，并且具有面向工作腔的密封表面241。密封表面241与壳体部分219、220的内壁对齐。因此，密封件221具有适用于装配在较浅的第一凹槽部分246b中的较薄部分221b，并且具有适用于装配在更深的第二凹槽部分246b中的较厚部分221a。两个部分221a、221b共同构成密封主体240。较厚部分221a在其侧向外端处具有适配到凹陷部分2461中的突起2211，其用作保持器装置并且有助于将密封件221维持在适当的位置。
在图17中示意性地图示了第一密封件的设计的第三示例，该图17是与图14的截面相似的截面。在该实例中，外部第一密封件321位于仅形成在一个壳体部分中的凹槽346中。凹槽346具有凹陷部分3461。密封件321具有基本均匀的厚度，并且具有延伸到凹槽346的凹陷部分3461中的折叠的侧向外部部分3211。折叠部分3211充当使密封件321维持就位的保持器装置。密封件321的展开部分构成密封主体340。备选地，密封件的厚度可以从密封件321的折叠的侧向外部部分3211朝着另一侧端递减。在又一备选方案中，壳体部分320中还可以存在浅槽部分。
图15示意性地图示了一种断路器，在该断路器中，通过由根据本发明的弹簧操作致动器100所致动的杆103，来使可动触头部分102与静止触头部分101接触和与静止触头部分101脱离接触。对于三相断路器，致动器100可以被布置为同时使每个相的可动触头部分102运动。
值得一提的是，“环形”不意味着工作腔垂直于周向方向的横截面需要是圆形的，而是可以具有任何形状。在本文示出的示例中，所述横截面是具有圆角的矩形。其它可想到的横截面形状包括圆形、椭圆形、或者任何其它平滑的形状。

Claims (17)

1.一种用于电气开关设备的弹簧操作致动器，包括：致动弹簧(104)以及旋转式空气阻尼器(118)，所述致动弹簧(104)提供所述开关设备的致动运动；所述旋转式空气阻尼器(118)被连接至所述致动弹簧(104)，所述阻尼器(118)具有能够相对于彼此旋转的组件(127、128)，并且所述阻尼器(118)被布置为在所述致动运动的至少结束部分期间使所述致动运动减速，所述阻尼器(118)具有环形工作腔，所述环形工作腔具有由两个周向壳体部分(119、120；219、220；319、320)形成的内壁(123-126)，所述周向壳体部分(119、120；219、220；319、320)能够相对于彼此旋转并且彼此相遇，使得在所述两个周向壳体部分(119、120；219、220；319、320)彼此相遇的位置，第一间隙和第二间隙(g)被形成在所述两个周向壳体部分(119、120；219、220；319、320)之间，并且所述阻尼器(118)在所述两个壳体部分(119、120；219、220；319、320)之间具有密封装置(121、122)，所述密封装置桥接在相应的间隙(g)上，并且包括在所述第一间隙(g)处的第一周向密封件(121；221；321)以及在所述第二间隙处的第二周向密封件(122)，其特征在于，所述第一密封件和第二密封件中的至少一个密封件(121；221；321)包括被适配在凹槽(146a、146b；246a、246b；346)中的密封主体(140；240；340)，所述凹槽(146a、146b；246a、246b；346)在所述两个壳体部分的所述内壁彼此相遇的位置处被形成在所述两个壳体部分的所述内壁中的至少一个内壁中，所述密封主体(140；240；340)具有面向所述工作腔的密封表面(141；241；341)，所述密封表面(141；241；341)在垂直于周向方向和径向方向的方向上具有比所述壳体部分(119、120；219、220；319、320)之间的最大间隙(g)更大的延伸，并且所述密封表面(141；241；341)与壁表面(125；225；325)基本对齐。
2.根据权利要求1所述的弹簧操作致动器，其中所述致动弹簧是打开弹簧(104)，并且所述致动运动是闭合运动。
3.根据权利要求1或2所述的弹簧操作致动器，其中所述凹槽(146a、146b；246a、246b)被形成在两个所述内壁中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的弹簧操作致动器，其中所述密封表面(141；241；341)的所述延伸比所述最大间隙(g)大数倍。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的弹簧操作致动器，其中所述密封主体(140)在其与所述密封表面(141)相对的一侧具有后表面，所述后表面包括以小于90°的角度与所述密封表面(141)的侧端相遇的侧部(145a、145b)。
6.根据权利要求5所述的弹簧操作致动器，其中所述角度在10°至50°的范围内。
7.根据权利要求5或6所述的弹簧操作致动器，其中当在垂直于所述周向方向的截面中观察时，所述侧部(145a、145b)中的每个侧部在其与所述侧端相遇的点附近是平坦的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的弹簧操作致动器，其中所述凹槽(146a、146b)至少在其位于所述侧端附近的部分处邻接所述侧部(145a，145b)，并且在所述邻接区域中具有与所述侧部(145a，145b)对应的形状。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的弹簧操作致动器，其中所述密封主体(140)包括在垂直于所述周向方向的平面中具有梯形形状的径向内部部分。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的弹簧操作致动器，其中所述密封主体(140；240；340)被设置有被布置为将所述密封主体(140；240；340)保持在所述凹槽中的保持器装置(143、143a、143b、144；2211；3211)。
11.根据权利要求10所述的弹簧操作致动器，其中所述保持器装置(143、143a、143b、144)包括从所述密封主体的所述后表面延伸的突起，所述突起具有外部部分(143、143a、143b)，所述外部部分(143、143a、143b)在轴向方向上比更接近所述密封主体(140)的所述突起部分(144)的宽度更宽。
12.根据权利要求11所述的弹簧操作致动器，其中每个壳体部分(119、120)在其面向另一壳体部分的表面上具有周向凹部(147a、147b)，所述凹部(147a、147b)面向彼此并且被定位和成形为容纳所述更宽部分(143、143a、143b)，使得所述更宽部分(143、143a、143b)被保持在所述凹部(147a、147b)中。
13.根据权利要求1至13中任一项所述的弹簧操作致动器，其中所述工作腔由外壁(125)、内壁(126)以及第一侧壁(123)和第二侧壁(124)形成，并且在所述工作腔中，所述壳体部分沿着所述外壁(125)和所述内壁(126)彼此相遇。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的弹簧操作致动器，其中能够相对于彼此旋转的所述组件(127、128)包括被附接至所述壳体部分中的第一壳体部分(120)的端壁(127)、和被附接至所述壳体部分中的第二壳体部分(119)的位移主体(128)，并且在垂直于所述周向方向的平面中观察时，所述组件(127、128)都具有与所述工作腔的形状对应的形状的外部轮廓，并且所述组件中的至少一个组件至少沿着其轮廓中的与所述第一密封件(121)和第二密封件(122)中的一个密封件配合的部分是弹性的(149)。
15.根据权利要求14所述的弹簧操作致动器，其中所述组件(127、128)中的至少一个组件具有至少一个孔口(150)，所述孔口在所述组件(128)的周向相对侧之间提供连通。
16.一种电气开关设备(101-103)，包括根据权利要求1至15中任一项所述的弹簧致动器(100)。
17.根据权利要求14所述的电气开关设备，其中所述开关设备是断路器(101-103)。
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