DE3545882A1

DE3545882A1 - Piston/cylinder arrangement, in particular for a high-voltage circuit breaker

Info

Publication number: DE3545882A1
Application number: DE19853545882
Authority: DE
Inventors: Edelwald Lutz
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-06-25
Also published as: FR2592211A1; DE3545882C2; CH673511A5

Abstract

A piston/cylinder arrangement (10, 16) comprises a piston (16) with a seal (33, 34), of which the sealing ring (34), which bears against the inner surface of the cylinder bore (15), is made of teflon with bronze material inserted therein. Arranged on the piston (16) is a cut-out damping arrangement (23, 22) in the form of a stem (23) which is attached to the piston (16) and during the cut-out operation engages in an aperture (23) and thus dampens the movement of the piston. Located between the damping arrangement (23) and the seal (33, 34) is a bronze or brass relieving ring (41) which has a slit (44) and two relieving grooves (42, 43) at its outer peripheral surface. This relieving ring (41) prevents the high pressures (in the order of magnitude of up to 1000 bar) which develop at the end of the cut-out movement from acting on the sealing ring (34) and damaging it. …<IMAGE>…

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinderanordnung gemaß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a piston-cylinder arrangement according to the preamble of claim 1.

Die Schaltstifte von Hochspannungs-Leistungsschaltern, insbesondere von metallgekapselten, SF ₆-gasisolierten Leistungsschaltern werden häufig hydraulisch mit einer Kolben-Zylinderanordnung angetrieben. Die Ausschalthand lung, die sehr schnell zu erfolgen hat, um möglichst schnell die Schaltstücke auf ausreichenden Abstand zu einanderzubringen, bedingt Ausschaltgeschwindigkeiten bis zu 10 m/sec. Ein Problem hierbei ist, daß die Kolben stange gegen Ende ihrer Ausschaltbewegung von einer Ge schwindigkeit von 10 m/sec auf Stillstand abgebremst wer den muß. Zu diesem Zwecke benutzt man Ausschaltdämpfun gen, die so aufgebaut sind, daß ein am Kolben oder an der Kolbenstange befindlicher Zapfen in eine Sackloch bohrung einfährt. Ein derartiger Zapfen und eine entsprechende Sacklochbohrung ist bspw. aus der DE-GM 83 07 240 (dort insbesondere Fig. 1) bekanntgeworden. In ähnlicher Weise zeigt auch die Fig. 2 der älteren DE-OS 34 08 909 eine solche Ausschaltdämpfung. Dieser dort beschriebene Zapfen, der in seinem Durchmesser gestuft ist, läuft in eine Bohrung ein, die mit einer Hydraulik leitung verbunden ist, über die der Kolben angesteuert werden kann.The switching pins of high-voltage circuit breakers, in particular of metal-encapsulated, SF ₆ gas-insulated circuit breakers, are often driven hydraulically with a piston-cylinder arrangement. The switch-off action, which has to be carried out very quickly in order to bring the contact pieces to a sufficient distance from one another as quickly as possible, requires switch-off speeds of up to 10 m / sec. A problem here is that the piston rod towards the end of its switch-off movement from a speed of 10 m / sec to a standstill who must be braked. For this purpose, you use Ausschaltdämpfun conditions that are constructed so that a pin located on the piston or on the piston rod enters a blind hole. Such a pin and a corresponding blind hole has become known, for example, from DE-GM 83 07 240 (there in particular FIG. 1). Similarly, Fig. 2 of the older DE-OS 34 08 909 shows such a switch-off damping. This pin described there, which is stepped in diameter, runs into a bore that is connected to a hydraulic line through which the piston can be controlled.

Wenn die Kolbenstange mit der oben erwähnten Geschwin digkeit von 10 m/sec. in ihre Endstellung einfährt, ent steht ein Dämpfungsdruck, der größer als 1000 bar sein kann. Dieser Druck pflanzt sich auf den Kolben-Dich tungsring fort, der z.B. aus metallische oder organisch stabilisiertem Teflon besteht. Dieser Dichtungsring dringt in den benachbarten Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung bzw. der Zylinderinnenfläche ein und kann mit der Zeit zerstört werden.If the piston rod with the above-mentioned speed speed of 10 m / sec. enters its end position, ent there is a damping pressure that can be greater than 1000 bar can. This pressure is planted on the piston-dich ring, which e.g. made of metallic or organic stabilized teflon. This sealing ring penetrates into the adjacent gap between the piston and the cylinder bore or the inner surface of the cylinder and can be destroyed over time.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kolben-Zylinderanord nung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der dieser Dichtungsring beim Ausschaltvorgang geschont wird, so daß dessen Lebensdauer verlängert wird.The object of the invention is a piston-cylinder arrangement creation of the type mentioned at the outset this sealing ring is protected during the switch-off process is, so that its life is extended.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention are can be found in the subclaims.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben. Based on the drawing, in which an embodiment of the Invention is shown, the invention as well further advantageous refinements and improvements the invention explained and described in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kolben- Zylinderanordnung für einen elektrischen Hoch spannungs-Leistungsschalter, Fig. 1 is a schematic representation of a piston-cylinder arrangement for an electric high-voltage circuit breaker,

Fig. 2 den Kolben der Kolben-Zylinderanordnung in Ausschaltstellung, Fig. 2 shows the piston of the piston-cylinder arrangement in open position,

Fig. 3 u. 4 zwei Ansichten eines erfindungsgemäßen Entla stungsringes. Fig. 3 u. 4 two views of a discharge ring according to the invention.

Ein Hochspannungs-Leistungsschalter 10, der nur schema tisch dargestellt ist, besitzt ein Festkontaktstück 11 und ein bewegliches Schaltstück 12, welch letzteres von einer Kolben-Zylinderanordnung 13 betätigt wird. Die Kolben-Zylinderanordnung 13 besitzt einen Zylinderkörper 14, in dem eine Zylinderbohrung 15 untergebracht ist, in der ein Kolben 16 geführt ist, der an einer Kolbenstange 17 angeformt ist. Diese Kolbenstange 17 ist mit einem Kolbenstangenfortsatz 18, der aus dem Zylinderkörper herausragt, mit dem beweglichen Schaltstück 12 verbun den. Im Zylinderkörper 14 befindet sich eine Bohrung 19, die an ihrem einen Ende 20 mit einer nicht näher darge stellten hydraulischen Steuereinrichtung verbunden ist; das andere Ende 21 der Bohrung 19 ist über einen Durch bruch 22 mit der Zylinderbohrung verbunden. Dieser Durchbruch 22 besitzt einen gegenüber der Zylinderboh rung geringeren Durchmesser.A high-voltage circuit breaker 10 , which is only shown schematically, has a fixed contact piece 11 and a movable contact piece 12 , the latter being actuated by a piston-cylinder arrangement 13 . The piston-cylinder arrangement 13 has a cylinder body 14 , in which a cylinder bore 15 is accommodated, in which a piston 16 is guided, which is formed on a piston rod 17 . This piston rod 17 is connected to a piston rod extension 18 , which protrudes from the cylinder body, with the movable contact piece 12 . In the cylinder body 14 there is a bore 19 which is connected at one end 20 to a hydraulic control device not shown Darge; the other end 21 of the bore 19 is connected via an opening 22 to the cylinder bore. This opening 22 has a smaller diameter compared to the cylinder bore.

An dem der Kolbenstange 17 entgegengesetzt liegenden Ende des Kolbens 16 befindet sich ein Dämpfungszapfen 23, der bei der Ausgestaltung der Fig. 1 drei Abschnit te 24 bis 26 aufweist, von denen der Abschnitt 24 den größten Durchmesser aufweist und gerade in den Durch bruch 22 hineinpaßt. Die Abschnitte 25 und 26 sind ge stuft mit jeweils geringerem Durchmesser ausgebildet. Natürlich können auch eine andere Anzahl von Abschnitten vorgesehen sein.At the piston rod 17 opposite end of the piston 16 there is a damping pin 23 , which in the embodiment of FIG. 1 has three sections 24 to 26 , of which the section 24 has the largest diameter and just fits into the opening 22 . The sections 25 and 26 are formed in stages with a smaller diameter. Of course, a different number of sections can also be provided.

Links von der Mittellinie der Zylinderbohrung 15 ist der Kolben bzw. die Kolbenstange 15, 17 in der Einschalt stellung gezeichnet. Wenn der Schalter ausgeschaltet werden soll, dann bewegt sich der Kolben zusammen mit der Kolbenstange 17 in Pfeilrichtung A, mit einer Ge schwindigkeit, die etwa bei 10 m/sec liegt. Wenn sich der Kolben mit der Kolbenstange seiner Endstellung nähert, dringt der Dämpfungszapfen 23 in den Durchbruch 22 ein, wobei zunächst der Abschnitt 26, dann der Abschnitt 25 und schlußendlich der Abschnitt 24 des Dämpfungszapfens 23 in den Durchbruch 22 hineingelangt; dadurch wird langsam die Geschwindigkeit des Kolbens zu Null redu ziert, wobei am Ende der Bewegung der Kolben 16 gegen die Endfläche 27 der Zylinderbohrung 15 zum Anliegen kommt. Am Übergang zwischen dem Kolben 16 zur Kolben stange 17 sind ebenfalls drei gestufte Abschnitte 28, 29 und 30 vorgesehen, die in einen die Zylinderbohrung 15 abschließenden Endring 31 einlaufen; dieser Endring 31 ist dann der Einschalt-Dämpfungsring.To the left of the center line of the cylinder bore 15 , the piston or the piston rod 15 , 17 is drawn in the switch-on position. If the switch is to be turned off, then the piston moves together with the piston rod 17 in the direction of arrow A , at a speed which is approximately 10 m / sec. When the piston with the piston rod approaches its end position, the damping pin 23 penetrates into the opening 22 , first the section 26 , then the section 25 and finally the section 24 of the damping pin 23 entering the opening 22 ; thereby the speed of the piston is slowly reduced to zero, with the end of the movement of the piston 16 against the end face 27 of the cylinder bore 15 coming to rest. At the transition between the piston 16 to the piston rod 17 , three stepped sections 28 , 29 and 30 are also provided, which enter into an end ring 31 closing the cylinder bore 15 ; this end ring 31 is then the switch-on damping ring.

Im Prinzip sind die Einschalt-Dämpfungsanordnungen und Ausschaltdämpfungsanordnungen an sich bekannt, so daß hier nicht näher eingegangen werden muß.In principle, the switch-on damping arrangements and Switch-off damping arrangements known per se, so that need not be discussed in more detail here.

Es sei nun bezug genommen auf die Fig. 2. Man erkennt innerhalb der Zylinderbohrung 15 des Zylinderkörpers 14 den Kolben 16. An die Zylinderbohrung 15 schließt sich links über den Zylinderboden bzw. die Endfläche 27 der Durchbruch 22 an, in den der Dämpfungszapfen 23 gerade einläuft. Am anderen Ende des Kolbens befinden sich die Abschnitte 28 bis 30, wobei lediglich der Abschnitt 28 zu sehen ist.Reference is now made to FIG. 2. The piston 16 can be seen inside the cylinder bore 15 of the cylinder body 14 . The opening 22 adjoins the cylinder bore 15 on the left via the cylinder base or the end surface 27 , into which the damping pin 23 is just entering. Sections 28 to 30 are located at the other end of the piston, only section 28 being visible.

Der Kolben selbst ist in mehrere Bereiche unterteilt. Er besitzt annähernd in seiner Mitte eine Nut 32, in die ein O-Ring 33 und - den O-Ring 33 umgebend - ein Dich tungsring 34 eingelegt sind. Der Dichtungsring 34 be steht normalerweise aus metallisch stabilisiertem Tef lon. Die Nut 32 ist beidseitig von Leisten 35 und 36 umgeben; rechts zur Leiste 36 schließt sich ein Bereich mit verringertem Durchmesser an, an den sich am rechten Ende des Bereiches 37 ebenfalls ein Vorsprung 38 an schließt. An die Leiste 35 grenzt eine weitere Nut 39 an, die links durch eine Endleiste 40 begrenzt ist. In diese weitere Nut 39 ist ein geschlitzter Ring 41 einge setzt, an dessen Außenumfang zwei Entlastungsrillen 42 und 43 vorgesehen sind. Wie oben erwähnt, ist der Ring 41 mit einem Schlitz 44 versehen. Das Material, aus dem der Ring 41 gebildet ist, ist vorzugsweise Bronce oder Messing.The piston itself is divided into several areas. It has approximately in its center a groove 32 , in which an O-ring 33 and - surrounding the O-ring 33 - a processing ring 34 are inserted. The sealing ring 34 is usually made of metallically stabilized Tef lon. The groove 32 is surrounded on both sides by strips 35 and 36 ; to the right of the strip 36 is an area with a reduced diameter, to which a projection 38 also closes at the right end of the area 37 . A further groove 39 adjoins the bar 35 , which is delimited on the left by an end bar 40 . In this further groove 39 , a slotted ring 41 is inserted, on the outer circumference of two relief grooves 42 and 43 are provided. As mentioned above, the ring 41 is provided with a slot 44 . The material from which the ring 41 is formed is preferably bronze or brass.

Wenn sich der Kolben 16 nach links in Pfeilrichtung A in Ausschaltrichtung bewegt, dann dringt - wie oben schon angedeutet - der Dämpfungszapfen 23 in den Durchbruch 22 ein. Dadurch entstehen in dem Fluid, das sich zwischen der Endfläche 27 der Zylinderbohrung 14 und der freien Fläche der weiteren Leiste 40 befindet, Drücke von ca. 1000 bar und mehr. Ohne den Entlastungsring 41 würde sich der Druck glatt bis hin zu dem Dichtungsring 34 fortset zen. Dadurch würde sich der Dichtungsring 34, der aus Teflon - einem Material, das deutlich weicher ist als Metall - besteht, in den Spalt 40 zwischen der Außenflä che der Leiste 36 und der Innenfläche der Zylinderboh rung 15 hineindrücken. Mit der Zeit wird dadurch der Ring 34 beschädigt, in dem er dann langsam "abbröckelt".When the piston 16 moves to the left in the direction of arrow A in the switch-off direction, the damping pin 23 penetrates into the opening 22 , as already indicated above. This creates pressures of approximately 1000 bar and more in the fluid which is located between the end surface 27 of the cylinder bore 14 and the free surface of the further strip 40 . Without the relief ring 41 , the pressure would continue smoothly up to the sealing ring 34 . This would push the sealing ring 34 , which is made of Teflon - a material that is significantly softer than metal - into the gap 40 between the outer surface of the strip 36 and the inner surface of the cylinder bore 15 . Over time, this will damage the ring 34 by slowly "crumbling" away.

Es hat sich herausgestellt, daß das Einsetzen des Ringes 41 mit dem Schlitz 44 und mit den beiden Entlastungsril len 42 und 43 eine deutliche Druckminderung im Bereich des Dichtungsringes 34 bewirkt; man kann bei Versuchen erkennen, daß sich der Dichtungsring 34 nicht mehr in dem Maße in den Spalt 45 hineindrückt, wie ohne den Ent lastungsring 41; dadurch wird die Lebensdauer der Dich tung 34 stark erhöht.It has been found that the insertion of the ring 41 with the slot 44 and with the two Entlastungsril len 42 and 43 causes a significant reduction in pressure in the area of the sealing ring 34 ; one can see in tests that the sealing ring 34 no longer presses into the gap 45 to the extent that without the load ring 41 ; this greatly increases the life of the device 34 .

Der Ring 41 übernimmt dabei einerseits eine Verschleiß minderung und einen Schutz des Dichtungsringes vor hohem Druckstoß, der eine Zeit von ca. 2 m/sec. andauern kann. Auch werden Fremdkörper oder Abrieb aufgenommen.The ring 41 takes on the one hand a wear reduction and protection of the sealing ring against high pressure surge, which takes a time of about 2 m / sec. can last. Foreign bodies or abrasion are also picked up.

Claims

1. Kolben-Zylinderanordnung, insbesondere zum An trieb eines Hochspannungs-Leistungsschalters, mit einem in einer Zylinderbohrung (15) geführten Kolben (16), und mit je einer Dämpfungsanordnung in den beiden Endstel lungen, insbesondere einem in einen Durchbruch (22) ein führbaren Dämpfungszapfen (23) für die Ausschaltstel lung, mit der der Kolben (16) aus einer hohen Geschwin digkeit zu Null abgebremst wird, und mit einer Dichtung mit einem Dichtring (34) aus hochfestem Kunststoffmate rial, vorzugsweise aus organisch oder metallisch stabi lisiertem Teflon (mit darin eingesetztem Broncemateri al), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Dämpfungs anordnung (23) und der Dichtung (33, 34) ein Entla stungsring (41) untergebracht ist, auf dessen Außenrand wenigstens eine umlaufende Nut (42, 43) eingebracht ist.1. Piston-cylinder arrangement, in particular for driving a high-voltage circuit breaker, with a piston ( 16 ) guided in a cylinder bore ( 15 ), and each with a damping arrangement in the two end positions, in particular one in a breakthrough ( 22 ) a feasible one Damping pin ( 23 ) for the switch-off position, with which the piston ( 16 ) is braked to zero from a high speed, and with a seal with a sealing ring ( 34 ) made of high-strength plastic material, preferably made of organically or metallically stabilized Teflon ( with Broncemateri al) inserted therein, characterized in that between the damping arrangement ( 23 ) and the seal ( 33 , 34 ) a discharge ring ( 41 ) is accommodated, on the outer edge of which at least one circumferential groove ( 42 , 43 ) is introduced.

2. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Entlastungsring (41) zwi schen zwei Leisten (35, 40) eingesetzt ist.2. Piston-cylinder arrangement according to claim 1, characterized in that the relief ring ( 41 ) between two strips ( 35 , 40 ) is inserted.

3. Kolben-Zylinderanordnung nach einem der Ansprü che 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entla stungsring (41) einen Schlitz (44) aufweist, wobei der Außendurchmesser des Entlastungsringes (41) im nichtein gebauten, entspannten Zustand größer ist als der Innen durchmesser der Zylinderbohrung, wobei die Schlitzbreite im entspannten Zustand größer ist als im eingebauten Zustand. 3. Piston-cylinder arrangement according to one of Ansprü che 1 and 2, characterized in that the Entla stungsring ( 41 ) has a slot ( 44 ), the outer diameter of the relief ring ( 41 ) in the non-built, relaxed state is larger than the inside diameter of the cylinder bore, the slot width being larger in the relaxed state than in the installed state.

4. Kolben-Zylinderanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Entlastungs rillen (42, 43) vorgesehen sind, die vorzugsweise halb kreisförmig ausgebildet sind.4. Piston-cylinder arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that two relief grooves ( 42 , 43 ) are provided, which are preferably semi-circular.

5. Kolben-Zylinderanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungs ring aus Metall, vorzugsweise aus Bronce oder Messing besteht.5. Piston-cylinder arrangement according to one of the previous Claims, characterized in that the relief ring made of metal, preferably bronze or brass consists.

6. Kolben-Zylinderanordnung zur Betätigung eines Hochspannungs-Leistungsschalters (10), insbesondere mit einer Dämpfungsanordnung (23) für die Ausschaltbewegung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Entlastungsring (41) zwischen der Dichtung (34, 35) des Kolbens (16) und der Ausschaltdämpfungsan ordnung (23) angeordnet ist.6. piston-cylinder arrangement for actuating a high-voltage circuit breaker ( 10 ), in particular with a damping arrangement ( 23 ) for the opening movement according to one of the preceding claims, characterized in that the relief ring ( 41 ) between the seal ( 34 , 35 ) of the Piston ( 16 ) and the switch-off damping arrangement ( 23 ) is arranged.