BRPI0916556B1 - comutador elétrico com membro de comutação pivotante e fulcro de apoio aperfeiçoado e método para fabricar o dito comutador - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMUTADOR ELÉTRICO COM MEMBRO DE COMUTAÇÃO PIVOTANTE E FULCRO DE APOIO APERFEIÇOADO E MÉTODO PARA FABRICAR O DITO COMUTADOR.

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a comutadores elétricos e, mais especificamente, a comutadores do tipo em que a comutação ocorre através do deslocamento entre duas posições estáveis de um membro de comutação pivotante. Em maior detalhe, a presente invenção refere-se a um comutador elétrico com um membro de comutação pivotante e um fulcro de apoio aperfeiçoado e a um método para a fabricação de tal comutador.

Na presente descrição, pelo termo comutador elétrico pretendese designar tanto um dispositivo para abrir e fechar um contato único e um dispositivo para abrir um contato enquanto simultaneamente fecha outro contato e vice-versa (desviador).

No estado da técnica, existem vários tipos de comutadores do tipo acima indicado, geralmente incluindo: pelo menos dois terminais de conexão, pelo menos um contato elétrico fixo, eletricamente conectado a um dos dois terminais de conexão e um membro de comutação, equipado em uma extremidade com pelo menos um contato elétrico móvel e apoiado em um fulcro de apoio eletricamente conectado ao outro dos dois terminais de conexão. Tais comutadores também incluem um mecanismo de atuação que pode ser manobrado através de um botão axial, ou uma alavanca, ou um comutador entre duas posições estáveis para mover o membro de comutação de tal forma que, por rotação, este alcança uma ou outra das suas duas posições estáveis.

Um exemplo de um comutador do tipo acima indicado e com atuação de botão está descrito no pedido de patente internacional WO 2006/106554.

Através de experimentos realizados com uma câmera de vídeo de alta velocidade, foi possível observar que em comutadores da técnica anterior descritos acima, o membro de comutação pivotante, durante a co2/9 mutação, pode levantar-se do fulcro de apoio embora ele seja, por exemplo, seguro contra ele por meios elásticos adequados.

Tal destacamento, mesmo que limitado a algumas frações de segundo, pode comprometer o funcionamento correto do comutador. De fato, durante esse destacamento microarcos elétricos que causam corrosão localizada ou fusão são formados, que por sua vez podem causar sobreaquecimento ou interrupções no fluxo da corrente.

O Requerente já encontrou uma solução para esse problema prevendo, conforme descrito no pedido de patente Européia publicado como EP 1 930 927, um elemento condutor elasticamente deformável disposto entre o fulcro de apoio e o membro de comutação pivotante no sentido de preservar a continuidade elétrica entre esse membro e o fulcro. A solução descrita no pedido de patente Européia EP 1 930 927 anteriormente mencionado, enquanto é particularmente eficaz em evitar o problema de vibrações nos contatos, é atualmente relativamente cara, porque ela introduz uma complicação no método de produção. Na prática, tal complicação é essencialmente causada pelo correto posicionamento do elemento condutor elasticamente deformável entre o fulcro e o membro de comutação pivotante.

O propósito da presente invenção é prover um comutador elétrico que fornece uma solução alternativa para o problema de vibrações nos contatos com relação ao que já foi descrito no pedido de patente Européia EP 1 930 927 anteriormente mencionado e que pode ser feito através de um método de produção relativamente menos complexo e dispendioso.

Tal propósito é conseguido através de um comutador, como definido em geral na reivindicação 1. Modalidades preferidas e vantajosas de um comutador de acordo com a presente invenção estão definidas nas reivindicações dependentes anexas.

O objeto da presente invenção também é um método para a fabricação de um comutador, como definido em geral na reivindicação 11 anexa.

A invenção será melhor entendida a partir da descrição detalhada que segue das modalidades particulares, dadas como exemplos e, por3/9 tanto, de nenhuma maneira limitantes, em referência às figuras em anexo, em que:

- a figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um grupo de braço oscilante do fulcro de um comutador de acordo com uma modalidade atualmente preferida da presente invenção;

- a figura 2 mostra uma vista lateral do grupo de braço oscilante do fulcro da figura 1;

- a figura 3 mostra um fluxograma com algumas etapas de um método de fabricação de acordo com a presente invenção;

- a figura 4 mostra uma vista em perspectiva de um fulcro semiusinado obtida na saída de uma etapa do método da figura 3; e

- a figura 5 mostra uma vista em perspectiva que ilustra uma operação de usinagem mecânica do fulcro de apoio da figura 4.

Nas figuras, elementos idênticos ou similares devem ser indicados com os mesmos números de referência.

Com referência às figuras em anexo, uma modalidade particuiarmente preferida de um comutador elétrico de acordo com a presente invenção será descrita posteriormente aqui.

Como já foi dito, na presente descrição, pelo termo comutador elétrico pretende-se indicar tanto um dispositivo para abrir e fechar um contato único e um dispositivo para abrir um contato enquanto simultaneamente fecha outro contato e vice-versa (desviador).

O comutador elétrico, um grupo de elementos compreendendo um membro de comutação pivotante 2 e um fulcro de apoio 1 (ou grupo de braço oscilante do fulcro) que está essencialmente representado nas figuras, compreende um primeiro T1 e um segundo terminal T2 de conexão elétrica. Preferencialmente, esses terminais T1, T2 são do tipo com um sargento. Nas figuras, o terminal T2 só foi representado esquematicamente. O fulcro de apoio 1 é feito de material eletricamente condutor, por exemplo, bronze.

O comutador compreende um elemento de comutação pivotante 2 apropriado para estabelecer conexões elétricas, que no exemplo específico representado está sob a forma de uma ponte pivotante 2, na prática um

4/9 braço oscilante, feito de material eletricamente condutor, por exemplo, bronze. Doravante, na presente descrição deve-se referir ao membro de comutação pivotante 2 também utilizando a expressão ponte pivotante 2 ou braço oscilante 2, sem por esse motivo introduzir qualquer limitação.

No exemplo, o braço oscilante 2 compreende uma haste 9 girando em torno do eixo de rotação 8 (na figura 2, o eixo 8 é perpendicular ao plano da chapa) e tendo a forma de uma sela invertida com uma parte central com perfil arredondado. Em outras palavras, a haste giratória 9 tem uma seção longitudinal tendo a forma de um chapéu invertido. A parte central da haste giratória 9 tem uma ligação com o fulcro de apoio 1 e está em contacto elétrico com este último. A haste giratória 9 compreende duas porções de extremidade 11, 12, pelo menos um 11 delas carrega um contato elétrico móvel 4. Em uma modalidade variante, a porção de extremidade 12 da haste giratória 9 também está equipada com um contato elétrico móvel.

O braço oscilante 2 é tal que é capaz de ser movido para girar em torno de sua parte central de apoio no sentido de estabelecer conexões elétricas entre o terminal T1 e o terminal T2. Em particular, o braço oscilante 2 é adequado para oscilar entre duas posições predefinidas, em uma das quais o contato elétrico móvel 4 está em contiguidade contra o contato elétrico fixo 3.

O comutador elétrico também inclui um mecanismo de controle, não visível nas figuras, adequado para mover o braço oscilante 2. Em uma modalidade particularmente preferida, mas não limitando, o mecanismo de controle é feito de acordo com os ensinamentos do pedido de patente internacional WO 2006/106554, no qual o movimento do braço oscilante 2 é obtido executando um pino sustentado por molas e pivotante (não representado nas figuras do presente pedido de patente) sobre ele. Embora o pedido de patente internacional anteriormente mencionado se refira a um comutador de botão axial, deve-se ter em mente que os ensinamentos da presente invenção também são aplicáveis de maneira totalmente similar a um comutador com um comutador entre duas posições estáveis ou com uma alavanca.

Vantajosamente, o fulcro de apoio 1 compreende meios de aco5/9 plamento mecânico ou elementos 5 adequados para apertar o braço oscilante 2 ao fulcro de apoio 1. Em uma modalidade particularmente vantajosa tais meios de acoplamento mecânico ou elementos compreendem uma dobradiça 5.

Preferivelmente, os meios de acoplamento mecânico 5 estão integrados com o fulcro de apoio 1 e mais preferivelmente, o fulcro de apoio 1 compreende um corpo principal feito de chapa de metal que é cortada e dobrada e os meios de acoplamento mecânico 5 são obtidos por corte e dobra de partes da referida chapa. Com referência ao fulcro representado nas figuras em anexo, deve ser observado que, na prática, o fulcro de apoio compreende uma chapa de metal compreendendo uma porção de apoio na qual o membro de comutação se liga e uma porção de acoplamento que é dobrada com relação à dita porção de apoio compreendendo meios de acoplamento mecânico ou elementos 5 adequados para apertar o membro giratório 2 ao fulcro de apoio 1. No exemplo representado, a porção de suporte está na forma de uma porção de chapa essencialmente em forma de placa, situada em um plano paralelo ao eixo de rotação do membro de comutação.

Na modalidade atualmente preferida representada nas figuras, os meios de acoplamento mecânico compreendem um primeiro e um segundo par de braços 5 dispostos em lados opostos com relação ao braço oscilante 2. Em tal modalidade, os braços 5 estão dispostos nos vértices de um quadrilátero. Como representado na figura 2, o fulcro de apoio 1 preferencialmente compreende um calço de apoio 7 para o braço oscilante 2, disposto no fulcro de apoio 1 substancialmente no centro do quadrilátero formado pelos braços 5. De preferência, mas não para propósitos limitantes, tal calço de apoio 7 é um elemento feito de material com alta condutividade, como por exemplo, um grânulo de prata, fixado ao fulcro de apoio 1 através de solda. Em uma modalidade alternativa, o calço de apoio 7 é integrado ao fulcro de apoio 1 e é obtido através de uma operação de perfuração do fulcro de apoio 1 realizado no lado oposto da face 13 do mesmo com relação à face 14 a partir da qual o tal calço de apoio 7 se projeta.

Em uma modalidade particularmente vantajosa, o braço oscilan6/9 te 2 compreende duas asas laterais 10 conectadas à haste giratória 9, que projeta da porção central da haste 9 perpendicularmente a essa tal haste 9 e de lados opostos com relação a esta última. Em tal modalidade, os meios de acoplamento mecânico 5 são de tal modo a cooperar com as asas laterais 10a apertar o braço oscilante 2 ao fulcro de apoio 1.

Vantajosamente, é possível prever que, tal como representado nas figuras, os braços 5 estão equipados com uma porção de extremidade livre 6, que está dobrada de modo que cada par de braços 5 é tal de modo a segurar uma asa lateral respectiva 10 acoplada com o fulcro de apoio 1, definindo uma restrição em dobradiça. Preferencialmente, a dobra de tais porções de extremidade 6 é obtida após ter posicionado o braço oscilante 2 no fulcro de apoio, mais preferivelmente usando um molde de forma 20 para que a dobra atue como uma alavanca nas próprias asas 10 (que na prática atua como um soco ). Vantajosamente, após a dobra executada como descrito acima, o retorno elástico do material permite um espaço livre reduzido a ser criado entre os braços 5 e as asas 10, por exemplo da ordem de um centésimo de um milímetro, que permite ao braço oscilante 2 ser apertado ao fulcro de apoio 1 e ao mesmo tempo estar livre para girar em torno do eixo 8. De preferência, conforme representado nas figuras, a porção de extremidade 6 dos braços 5, assim como é dobrada, também é chanfrada para facilitar posicionar o braço oscilante 2 no fulcro de apoio 1.

Com referência às figuras 3, 4 e 5, uma modalidade atualmente preferida de um método 100 para a fabricação de um comutador elétrico compreendendo um grupo de braço oscilante do fulcro do tipo descrito acima será agora descrito. Na descrição do método deve-se nos limitar a descrever as etapas de fabricação do grupo de braço oscilante do fulcro.

O método 100 compreende:

- uma etapa 101 de corte e dobra de uma chapa de metal para obter um fulcro de apoio 1;

- uma etapa 103 de posicionamento de um membro de comutação 2 no fulcro de apoio 1; e

- uma etapa 104 seguinte de usinar mecanicamente o fulcro de

7/9 apoio 1, fazendo meios de acoplamento ou elementos 5, modificando a forma do dito fulcro após a dita etapa de posicionamento para acoplar mecanicamente o membro de comutação 2, ou braço oscilante 2, com o fulcro de apoio 1.

Preferencialmente, a chapa de metal é feita de bronze. Preferencialmente, o fulcro de apoio 1 fornecido ao final da etapa 101 é formado por dois ramos perpendiculares 1.1, 1.2, um dos quais 1.2 é dobrado para obter uma parede de conexão terminal T1 perpendicular ao plano da chapa.

Em uma modalidade particularmente vantajosa:

- A etapa de corte e dobra 101 da chapa compreende uma operação de formar meios de restrição 5, como por exemplo, quatro hastes retas 5 na figura 4, para o posicionamento do braço oscilante 2, com respeito ao fulcro de apoio 1 e, de preferência, esta etapa também compreende uma operação de chanfrar as extremidades livres 6 das hastes retas 5; e

- a etapa 104 de usinar mecanicamente o fulcro de apoio 1 para acoplar mecanicamente o braço oscilante 2 com o fulcro de apoio 1 compreende uma operação de modificar a forma dos ditos meios de restrição 5 para acoplar mecanicamente o braço oscilante 2 com o fulcro de apoio 1.

Com referência à figura 5, a operação de modificar a forma dos meios de restrição 5 compreende uma operação de dobra na qual um molde de forma 20 é usado (figura 5), apropriado para dobrar uma porção de extremidade 6 das hastes 5, no sentido de fazer os braços 5. Vantajosamente, é possível prever que o membro de comutação 2 seja provido com asas laterais 10 que durante tal operação de dobra atuam, na prática, como um soco orientando a dobra das hastes 5.

Em uma modalidade preferida vantajosa e não limitante, é possível prever que a etapa de posicionamento 103 do membro de comutação 2 no fulcro de apoio 1 seja executada através do mesmo molde de forma 20. Na prática, é possível prever vantajosamente que o molde de forma 20 atue como elemento de aperto adequado para pegar, transportar e posicionar o braço oscilante 2 no fulcro de apoio 1 e que a dobra das hastes 5 seja executada ao mesmo tempo em que o posicionamento do braço oscilante 2. Por

8/9 exemplo, o acoplamento entre molde de forma e braço oscilante 2 para prender firme tal braço oscilante e posicioná-lo no fulcro de apoio 1 pode ser do tipo de interbloqueio.

Como uma alternativa à modalidade descrita acima, é possível prever que a etapa de posicionamento do braço oscilante 2 seja executada através de uma ferramenta distinta do molde de forma 20, por exemplo através de uma pinça, antes da etapa de usinagem mecânica 104.

Preferivelmente, o método 100 também compreende, antes de realizar a etapa de posicionamento 103, uma etapa 102 de fazer um calço de apoio 7 no fulcro de apoio 1. De preferência, esta etapa 101 compreende uma operação de soldar um elemento de calço 7 feito de material condutor, de preferência prata, ao fulcro de apoio 1. Alternativamente, a etapa 100 poderia compreender uma operação puncionar a chapa do fulcro de apoio 1 em um lado 13 para criar um ressalto substancialmente na forma de calço no outro lado 14 da chapa.

A partir da descrição que acaba de ser feita, é possível entender como um comutador e um método de acordo com a invenção alcançam plenamente os propósitos predefinidos, uma vez que os meios de acoplamento mecânico entre o fulcro de apoio 1 e o braço oscilante 2 eliminam ou reduzem drasticamente o problema de vibrações e o método para fabricar o grupo de braço oscilante do fulcro é relativamente efetivo em custo.

Testes também demonstraram a eficiência da nova solução proposta. De fato, através de testes previstos nas regulamentações em vigor para comutadores de acordo com a presente invenção, tem-se verificado que há uma redução significativa, de cerca de 10 °C, em comparação com o desempenho típico de comutadores da técnica anterior (aqueles que não têm a mola de continuidade descrita no pedido de patente Européia EP 1 930 927 anteriormente mencionado), na temperatura nos terminais dos comutadores. Isto é claramente indicativo da drástica redução no fenômeno da vibração nos contatos.

Além disso, inspeções visuais têm demonstrado que, ao passo que após um teste com 40.000 manobras de acordo com as regulamenta9/9 ções em vigor para comutadores do estado da técnica (aqueles que não têm a mola de continuidade descrito no pedido de patente Européia EP 1 930 927, anteriormente mencionado), eles têm traços claros ou erosão e queimadura no fulcro e no membro de comutação, nos comutadores de acordo com a presente invenção não existem traços claros de erosão e queimadura ou outros tais vestígios são significativamente reduzidos.

Claro, alguém entendido na técnica pode trazer inúmeras modificações e variantes para o comutador e para o método descrito acima, no sentido de satisfazer exigências específicas e contingentes, todas as quais estão abrangidas pelo escopo de proteção da invenção, tal como definido pelas seguintes reivindicações.

Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES _

   1. Comutador elétrico, compreendendo:

   - pelo menos dois terminais de conexão (T1, T2),

   - um contato elétrico fixo (3) eletricamente conectado a um (T2) dos dois terminais de conexão (T1, T2),

   - um membro de comutação pivotante e eletricamente condutivo (2), compreendendo pelo menos um contato elétrico móvel (4), apropriado para oscilar entre duas posições predefinidas, em uma das quais o contato elétrico móvel (4), está em contiguidade contra o contato elétrico fixo (3),

   - um fulcro de apoio (1) para o membro de comutação pivotante (2), o fulcro de apoio (1) sendo eletricamente condutivo e eletricamente conectado ao outro dos dois terminais de conexão (T1), caracterizado pelo fato de que o fulcro de apoio (1) compreende uma chapa de metal compreendendo uma porção de apoio sobre a qual o membro de comutação descansa e uma porção de acoplamento dobrada com relação à dita porção de apoio, compreendendo meios de acoplamento mecânico (5) adequados para apertar o membro de comutação pivotante (2 ) ao fulcro de apoio (1).
2. 2. Comutador de acordo com a reivindicação 1, em que os meios de acoplamento mecânico compreendem uma dobradiça (5).
3. 3. Comutador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os meios de acoplamento mecânico (5) são integralmente realizados com o dito fulcro de apoio (1).
4. 4. Comutador de acordo com a reivindicação 3, em que os meios de acoplamento mecânico (5) são obtidos por corte e dobra de porções da dita chapa.
5. 5. Comutador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os meios de acoplamento mecânico compreendem um primeiro e um segundo par de braços (5) dobrados para trás com relação à dita porção de apoio, ditos pares de braços (5) sendo dispostos em lados opostos com relação ao membro de comutação (2).
6. 6. Comutador de acordo com a reivindicação 5, em que os bra2/3 ços (5) estão dispostos nos vértices de um quadrilátero e o fulcro compreende um calço de apoio (8) para o membro de comutação (2), o calço (8) sendo disposto no fulcro de apoio (1) substancialmente no centro do dito quadrilátero.
7. 7. Comutador de acordo com a reivindicação 6, em que o calço de apoio (8) é uma pelota fixada por solda na porção restante do dito fulcro de apoio (1).
8. 8. Comutador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o membro de comutação (2) compreende:

   - uma haste (9) girando como um braço oscilante e tendo uma porção central ligando-se ao fulcro de apoio (1), e

   - duas asas laterais (10) conectadas à haste giratória (9), projetando-se da dita porção central perpendicularmente a tal haste (9) e a partir de lados opostos com relação a esta última;

   em que os meios de acoplamento mecânico (5) são tais de modo a cooperar com as asas laterais (10) para apertar o membro de comutação (2) ao fulcro (1).
9. 9. Comutador de acordo com as reivindicações 6 e 8, em que os braços (5) têm uma porção de extremidade livre (6) dobrada para dentro de modo que cada par de braços (5) é tal de modo a segurar uma asa lateral respectiva (10), apertada ao fulcro de apoio (1).
10. 10. Comutador de acordo com a reivindicação 9, em que a porção de extremidade livre (6) é dobrada através de uma operação de dobra realizada após ter sido posicionado o membro de comutação (2) no fulcro de apoio (1).
11. 11. Método (100) para a fabricação de um comutador elétrico, sequencialmente compreendendo as etapas de:

    - corte e dobra (101) de uma chapa de metal para fazer um fulcro de apoio (1);

    - posicionamento (102) de um membro de comutação pivotante (2) sobre o fulcro de apoio (1) que foi cortado e dobrado;

    caracterizado pelo fato de que ele inclui:

    3/3

    - uma etapa seguinte (104) de usinar mecanicamente o fulcro de apoio (1) fazendo elementos de acoplamento, modificando-se a forma do dito fulcro após a dita etapa de posicionamento, para acoplar mecanicamente o membro de comutação pivotante (2) com o fulcro de apoio (1).
12. 12. Método (100) de acordo com a reivindicação 11, em que a dita etapa seguinte (104) de modificar a forma é de tal forma a criar uma restrição articulada entre o membro de comutação pivotante (2) e o fulcro de apoio (1).
13. 13. Método (100) de acordo com a reivindicação 11 ou reivindicação 12, em que a etapa de corte e dobra (101) da chapa inclui uma operação de formar meios de restrição (5) para posicionamento do membro de comutação pivotante (2) com relação ao fulcro de apoio ( 1) e em que a dita etapa seguinte (104) de modificar a forma é tal de maneira a modificar a forma dos ditos meios de restrição (5) para acoplar mecanicamente o membro de comutação pivotante (2) com o fulcro de apoio (1).
14. 14. Método (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, em que a dita etapa seguinte (104) de modificar a forma é realizada usando um molde de forma (20).
15. 15. Método (100) de acordo com a reivindicação 14, em que a etapa de posicionamento do membro de comutação pivotante (2) no fulcro de apoio (1) compreende as operações de:

    - acoplamento do membro de comutação (2) com o molde de forma (20);

    - posicionamento do membro de comutação (2) no fulcro de apoio (1) através do molde de forma (20);

    em que a dita etapa seguinte (104) é realizada ao mesmo tempo em que a dita operação de posicionamento.