CN101101826B - 带具有正向操作的动触头的位置开关 - Google Patents

带具有正向操作的动触头的位置开关 Download PDF

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Abstract

一种带动触头的位置开关，所述动触头具有设计用于将供给电流从机器或系统的主关断电路切换到辅助信号电路的正向操作。该开关具有：连接到电压电源的公共输入端子(2)；第一和第二输出端子(3、4)，其可分别连接到机器或系统的主关断电路和辅助信号电路；第一对静触头(5)和第二对静触头(6)，其分别电连接到第一输出端子(3)和第二输出端子(4)；一对动触头(7)，其电连接到公共输入端子(2)并设计用于交替地分别与第一对静触头(5)和第二对静触头(6)相互作用。这对动触头(7)正常情况下与第一对静触头(5)接触。提供用于正向操作所述一对动触头(7)的装置(8)，以使所述一对动触头运动离开第一对静触头(5)，由此使主电路正向打开，同时使辅助电路闭合。

Description

带具有正向操作的动触头的位置开关
技术领域
本发明通常应用于基本电子设备领域，尤其涉及带具有正向操作的动触头的位置开关。
该开关特别用于机器和系统的运动部分的安全控制，以及用于在检测到终端位置时使它们关断(shut-down)。
背景技术
已知位置开关用于定位、控制并检查自动机器和系统的运动部分，例如在终端位置检测，以引起安全自动关断。
这些开关具有机械致动器，用于从主关断电路切换到辅助信号电路，主关断电路闭合使得机器或系统起动，辅助信号电路闭合使得机器或系统停止。通过使一个或多个动触头从它们与主电路的静触头接合的第一位置运动到它们与辅助电路的静触头接合的第二位置而进行切换。
现有技术的开关使用单桥或双桥型的双断点动触头，其中触头由银或其它具有适当导电性的金属垫组成。
早前的例子中，具有单独的一对动触头，所述触头运动以接触一对连接到辅助电路的静触头以使辅助电路闭合并因此关断机器。
后面的例子中，提供两对动触头，它们同时移动以同时接触辅助信号电路的各对静触头。
然而，触头高电阻的偶然出现，特别是由氧化物薄层、灰尘或其它各种在配线期间嵌入到开关里面的杂质的存在所引起的触头高电阻，可能导致切换故障。
该过程的重复出现不仅取决于开关还取决于工作环境，其中开关位于并处于负载型的控制之下。影响与控制电压成反比，因为低电压值可能不能穿透氧化物层或灰尘。
这种故障在手动控制下通常是可以允许的，故障可以通过重复操作来解决，然而止动位置的检测故障可能导致对机器和/或操作人员相当大的伤害。
以上的开关还具有高触头电阻。特别是，在单桥双断点动触头的开关中，总电阻是每个触头电阻的两倍，且总切换故障概率是每个断路故障概率的二次函数。在双桥双断点动触头电阻与单桥动触头的电阻一样高，且切换故障概率比单桥低，但是仍不可忽略。
特定技术标准还要求开关包括具有正向操作的触头，通过使用杠杆或其它正向打开(positive opening)装置，动触头可被施加一个高于动触头和静触头之间的最大期望附着力的打开力。
当高电流通过触头，例如当短路时，其中动触头和静触头之间相互作用的附着力达到很高的值，特别有这种需要。
以上类型的开关在US5,453,590中已知，所述开关由桥式动触头组成，通过在双稳弹簧上操作的推杆，桥式动触头能被交替地推靠在关断电路和信号电路的静触头上。
然而，这种方案具有如此高的开关故障概率和电阻值，以至于一旦高电流通过，触头之间就产生比较高的附着力。上述缺点使得打开机构尺寸过大，导致整个装置的成本和体积全部增加。
发明内容
本发明的目的在于通过提供带具有高效和相对节省成本的正向操作的动触头的位置开关来克服上述缺点。
一个特定目的在于提供小尺寸和低成本的位置开关。
另一目的在于提供高可靠的位置开关，同时减少开关故障概率。
如此后将更好地解释的这些和其它目的，由根据本发明的带具有正向操作的动触头的位置开关实现，该开关包括：连接到电压电源的公共输入端子；第一和第二输出端子，其可分别连接到机器或系统的主关断电路和辅助信号电路；至少一第一对静触头和至少一第二对静触头，其分别电连接到第一和第二输出端子；至少一对动触头，其电连接到公共输入端子并能交替地分别与所述至少一第一对静触头和所述至少一第二对静触头相互作用，所述至少一对动触头正常情况下与所述至少一第一对静触头接触。用于正向操作所述至少一对动触头装置，以使所述至少一对动触头离开所述第一对静触头，由此使主电路正向打开，同时使辅助电路闭合。
由于根据本发明的具体构造提供了双桥单断点型位置开关，减少了动触头和静触头之间的总接触电阻。因此，动触头和静触头之间的总电阻，在高电流通过时是相对低的，因此正向操作装置必将抵抗比现有技术的开关更低的附着力，且可具有更小的尺寸和成本。
另一重要方面在于：使用至少一对静触头和动触头，以进一步减少总电阻。
另外，这将降低开关故障的可能性，因此开关将具有更高的可靠性。
实验发现，总开关故障概率Fe由以下公式得出：
Fe＝x2
其中x表示触头之间每次断路的开关故障概率。
因此，假定对于动触头和相应的静触头之间的每次断路，每10000次操作出现一次开关故障，那么每100,000,000次操作就会有一次开关故障。实验数据表明，在具有双桥双断点动触头的开关中，假定同样的误差率，每25,000,000次会有一次误操作。
该数据表明本发明的带具有正向操作的动触头的位置开关比现有技术的开关强四倍的可靠性。
附图说明
在根据本发明的位置开关的优选的、非排它的实施例的详细描述中将体现本发明的更多特征和优点，所述实施例借助附图被描述为非限制性的例子，其中：
图1为根据本发明的位置开关的侧视图，其中外壳部分打开以使开关的内部可见；
图2为正常操作状态下图1开关的部件的透视图；
图3为图2的部件的前视图；
图4为图2的部件在第一操作位置的侧视图，其中开关连接的机器或系统工作；
图5为图2的部件在第二操作位置的侧视图；
图6为图2的部件在第三操作位置的侧视图；
图7为图2的部件在第四操作位置的侧视图，其中按钮元件处于终端位置。
具体实施方式
参考以上附图，整体由数字1表示的、带具有正向操作的动触头的位置开关将供给电流自动从机器或系统的主关断电路切换到辅助信号电路。
所述开关可用于控制自动或半自动机器或系统的关断，特别用于终端位置的检测。
如图1所示，本发明的位置开关具有：连接到未图示的本身已知的电压电源的公共输入端子2；一第一和一第二输出端子3、4，其适于分别连接到也未图示的机器或系统的主关断电路和辅助信号电路；第一对静触头5和第二对静触头6，其分别电连接到第一和第二输出端子3、4；一对动触头7，其电连接到公共输入端子2且能交替地与相应的第一和第二对静触头5、6相互作用。
尽管这里静触头5、6和动触头7参考为“对”，但是它们可以以更大数目提供，例如三、四、五或更多，而不脱离所附权利要求限定的发明范围。
正常情况下，动触头7与第一对静触头5接触，并且进一步设有装置8，该装置8用于正向操作所述一对动触头7，以使该对动触头运动离开第一对静触头5，由此使主电路正向打开，同时闭合辅助电路。
这里使用的表述“正向打开”与技术标准EN60947-5-1一致，其构成用于控制电路和低压设备中控制元件的调节装置的参考文件。
根据该标准，正向操作装置8不应与动触头7有弹性连接，动触头与第一对静触头5的分离应直接由适当致动器通过非弹性部件的特殊移动产生。
因此，即使在触头由于高电压的偶然通过，例如短路期间而粘在一起时，动触头7也会被迫打开。
然而，动触头7相对于静触头5、6的合适布置能提供双桥单断点开关。触头5、6、7将必须由银、另一种金属或其它具有适当导电性的金属垫组成。
在这种构造中，用Rc表示每个动触头7和相应第一对静触头5和第二对静触头6之间产生的接触电阻，并对由相同材料制成的基本相同的触头5、6、7采取简化布置，总电阻R基本为Rc值的一半，等于两个并联的电阻Rc。
如图2和图3中具体示出的，动触头7将通过铰接的电连接装置9电连接到公共输入端子2。
该装置9包括限定纵轴线X的第一细长部件10，该第一细长部件具有机械和电连接到公共输入端子2的纵向端部11以及相对的纵向端部12，所述相对的纵向端部12具有的形状使得能够限定开关臂13的第一基本横向的枢轴线Y1。
开关臂将依次包括一对细长延伸部14、15，所述延伸部被恰当成形且基本平行于纵轴线X。每个这样的延伸部14、15在其远离第一枢轴线Y1的自由端部16、17都具有一个动触头7。
第一输出端子3通过第二细长部件18连接到第一对静触头5，第二细长部件18被恰当成形且基本平行于纵轴线X，并且具有电地和机械地连接到第一输出端子3的一个端部19和支承第一对静触头5的相对端部20。
按基本相同的方式，第二输出端子4通过第三细长部件21连接到第二对静触头6，第三细长部件21基本平行于纵轴线X，并且具有电地和机械地连接到第二输出端子4的一个端部22和支承第二对静触头6的相对端部23。
有利地是，开关臂13置于第二细长部件18和第三细长部件21之间并能在经过纵轴线X的基本垂直的平面π中枢转。
这样，动触头7也将置于成对的静触头5、6之间，以便通过臂13的枢转运动Φ1，从如图4所示接合到第一对静触头5的正常操作状态运动到如图5所示接合到第二对带触头6的关断状态。
适当地，正向操作装置8包括按钮元件24，该按钮元件可在基本垂直的方向W上移动且操作地连接到置于开关臂13和第二细长部件18之间的杠杆元件25。杠杆元件25可在垂直平面π中绕第二横向枢轴线Y2枢转。
在图中优选的非排它构造中，杠杆元件25是第一类型的杠杆，其绕限定轴线Y2并引入外壳29的侧壁内的枢轴27旋转。
按钮元件24在其下端部30具有两个特殊形状的突出部31’、31”，所述突出部部分地在图3中示出，朝向相应的端部33的齿形部、邻近杠杆元件25，其中一个齿形部仅在附图中可见并用32表示，第二个齿形部相对于纵轴线X与前者对称布置。
突出部31’、31”和齿形部32相互作用，以使杠杆元件25响应按钮元件24的向下位移W而绕第二枢轴线Y2作枢转运动Φ2。
此外，杠杆元件25在其纵向端部34具有与齿形部32相对的掣子(catch)35，所述掣子设计成与开关臂13的细长延伸部14、15相互作用，以引起主关断电路的正向打开和辅助信号电路的闭合。
正向操作装置8还包括用于弹性并可控地对抗按钮元件24的垂直运动的第一弹性部件36。
第一弹性部件36优选为螺旋弹簧，该螺旋弹簧的模量被校准，以允许一旦在其上施加预定的外力F，按钮24就垂直滑动。
在附图的具体构造中，按钮24基本中空圆筒形，具有开口的下端部30和封闭的上端部37，以便至少部分地接收弹簧36。这样，弹簧36的一个端部部分38附在外壳29的底壁上，并且相对的不可见的端部部分朝向按钮元件24的封闭端部37。
此外，正向操作装置8包括第二弹性部件39，该第二弹性部件容纳在开关臂13中的中心壳体40中，以弹性并可控地对抗开关臂的枢转运动Φ1。
当开关臂在其正常操作状态，其中主关断电路闭合时，也优选为螺旋弹簧的第二弹性件39基本平行于开关臂13。
第二弹性部件39所处的位置还能够限定开关臂13的两个变换位置(snapposition)，即如图4中示出的按钮元件24的第一限停位置和如图5中示出的其中按钮元件24完成了卡扣冲程Cs的第二位置。
在操作中，按钮元件24的垂直向下位移W将促成突出部31’、31”和齿形部32之间的相互作用，这将引起杠杆元件25的枢转运动Φ2和开关臂13的正向机械操作，由此引起动触头7的正向机械操作。
这里用到的术语“正向机械操作”意指机械元件的动作，在这种情况下突出部31’、31”通过直接接触或穿过刚性元件而必然地驱动另一元件，即齿形部32。
图4示出了本发明开关的第一操作位置，其相应于其中静触头5接合到动触头7的正常操作状况。在这些状况中，连接开关的机器的主关断电路被闭合，从而机器运转。
图5示出了本发明开关的第二操作位置，其中按钮元件24的冲程Cs使臂13变换成枢转运动Φ1，以使动触头7运动到接触接合静触头6。在该操作位置，机器的辅助信号电路闭合，从而机器处于关断状态。如果触头5和7之间流过高电流，例如在短路时，触头5和7之间的附着力可以大到使得可能不发生快速打开动作(snapping action)，因此对机器及其操作者带来严重的危害。
图6示出了本发明开关的第三操作位置，其中按钮元件24的大于冲程Cs的冲程C1引起突出部31和齿形部32之间的相互作用，以使杠杆25枢转Φ2。在该操作位置，杠杆元件25完成其正向打开冲程C2并迫使开关臂13偏离，从而使得动触头7与第一静触头5正向分离并与第二静触头6接触。在短路的情况下，这种运动会使主关断电路打开，由此使机器关断，从而防止任何对于机器和工作人员的危险。
图7示出了本发明开关的第四和最终操作位置，其中按钮元件24到达与允许的最大机械冲程CMAX相应的限停位置，所述最大机械冲程CMAX大于C1，有利地大于正向打开冲程C2，以提供足够的冲程长度，该冲程长度由最大冲程CMAX和正向打开冲程C2之间的差值所给出，开关1在该冲程内调节。
上述公开清楚地示出本发明实现了预期的目的，并特别满足了提供小尺寸和低成本位置开关的需要。
由于双桥单断点位置开关提供了静和动触头5、6、7的特殊布置，其减少了动触头和静触头之间的总接触电阻。因此，动触头和静触头之间的总电阻在高电流通过时是相对低的，因此正向操作装置应比现有技术的开关抵抗更低的附着力，且可具有更小的尺寸和成本。
本发明的位置开关能在所附的权利要求公开的发明原理内进行许多的改变和变形。在不脱离本发明的范围的情况下，所有细节可由其它技术上等同的部分替代，根据不同需求材料也可不同。
虽然特别参照附图描述了位置开关，但说明书和权利要求中的标记仅用于更好的理解本发明，不应理解为对要求范围的任何形式上的限定。

Claims (12)

1.一种带动触头的位置开关，所述动触头具有用于将供给电流从机器或系统的主关断电路自动切换到辅助信号电路的正向操作，其中所述位置开关包括：
连接到电压电源的公共输入端子(2)；
一第一和一第二输出端子(3、4)，其可分别连接到机器或系统的主关断电路和辅助信号电路；
至少一第一对静触头(5)和至少一第二对静触头(6)，其分别电连接到所述第一输出端子(3)和所述第二输出端子(4)；
至少一对动触头(7)，其电连到所述公共输入端子(2)并且能交替地分别与所述至少一第一对静触头(5)和所述至少一第二对静触头(6)相互作用，所述至少一对动触头(7)正常情况下与所述至少一第一对静触头(5)接触接合；
操作装置，其用于所述至少一对动触头(7)，以使所述至少一对动触头运动离开所述至少一第一对静触头(5)，由此使主电路打开，同时使辅助信号电路闭合，
其中所述动触头(7)和所述公共输入端子(2)通过铰接的电连接装置(9)电连接；
其特征在于：所述铰接的电连接装置(9)包括限定纵轴线(X)的第一细长部件(10)，所述细长部件具有机械和电连接到所述公共输入端子(2)的纵向端部(11)以及相对的纵向端部(12)，所述相对的纵向端部(12)成形为能够限定开关臂(13)的第一基本横向的枢轴线(Y1)，所述操作装置是被设计成与所述开关臂(13)相互作用以使所述动触头(7)被迫打开并使所述主电路正向打开的正向操作装置(8)。
2.如权利要求1所述的位置开关，其特征在于：所述开关臂(13)包括一对细长延伸部(14、15)，所述细长延伸部基本平行于所述纵轴线(X)，并且所述一对动触头(7)接近于所述细长延伸部的远离所述第一枢轴线(Y1)的自由端部(16、17)。
3.如权利要求2所述的位置开关，其特征在于：所述第一输出端子(3)通过第二细长部件(18)连接到所述第一对静触头(5)，所述第二细长部件(18)基本平行于所述纵轴线(X)，并具有一个电地和机械地连接到所述第一输出端子(3)的端部(19)，以及支承所述第一对静触头(5)的相对的端部(20)。
4.如权利要求3所述的位置开关，其特征在于：所述第二输出端子(4)通过第三细长部件(21)连接到所述第二对静触头(6)，所述第三细长部件(21)基本平行于所述纵轴线(X)，并具有一个电地和机械地连接到所述第二输出端子(4)的端部(22)，以及支承所述第二对静触头(6)的相对的端部(23)。
5.如权利要求4所述的位置开关，其特征在于：所述开关臂(13)置于所述第二细长部件(18)和所述第三细长部件(19)之间并能在经过所述纵轴线(X)的基本垂直的平面(π)中枢转。
6.如权利要求5所述的位置开关，其特征在于：所述正向操作装置(8)包括按钮元件(24)，所述按钮元件可在基本垂直的方向上移动并操作地连接到在所述垂直的平面(π)中可绕第二横向枢轴线(Y2)枢转的杠杆元件(25)。
7.如权利要求6所述的位置开关，其特征在于：所述杠杆元件(25)置于所述开关臂(13)和所述第二细长部件(18)之间。
8.如权利要求7所述的位置开关，其特征在于：所述按钮元件(24)在其下端部(30)具有至少一个特定形状的突出部(31’、31”)，所述突出部朝向所述杠杆元件(25)的邻近端部(33)上的相应齿形部(32)，以使所述杠杆元件(25)响应所述按钮元件(24)的向下位移(W)而绕所述第二枢轴线(Y2)枢转(Φ2)。
9.如权利要求8所述的位置开关，其特征在于：所述杠杆元件(25)在其纵向端部(34)具有与所述齿形部(32)相对的掣子(35)，所述掣子被设计成与所述开关臂(13)的所述细长延伸部(14、15)相互作用以使主关断电路正向打开并使辅助信号电路闭合。
10.如权利要求9所述的位置开关，其特征在于：所述正向操作装置(8)还包括用于弹性地并可控地抵抗所述按钮元件(24)的垂直位移(W)的第一弹性元件(36)。
11.如权利要求10所述的位置开关，其特征在于：所述正向操作装置(8)还包括位于所述开关臂(13)的中心壳体(40)内、用于弹性地并可控地对抗所述开关臂的枢转运动(Φ1)的第二弹性元件(39)。
12.如权利要求8所述的位置开关，其特征在于：所述按钮元件(24)在其下端部(30)具有两个所述特定形状的突出部(31’、31”)。
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