CN101128900A - 具有保护功能的电保护开关 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于保护开关的操作单元或操作机构以及脱扣单元。脱扣器的电磁机构由一个在电磁线圈(12)中直线运动的、构造成脱扣推杆(14)的衔铁组成，该衔铁可抵抗一个储能压簧(17)的力向着一个永久磁铁(16)运动及在电磁线圈(12)无电流时由该永久磁铁保持。该脱扣单元(12)构造成机械式储能器。在脱扣动作后该机械式储能器必须又手动地被复位。为此，驱动轴(40)的转动运动借助在与“接通”转换旋转运动相反的方向上转动一个20°至30°的角位移来实现。

Description

具有保护功能的电保护开关

本发明涉及具有针对故障情况的保护功能的电保护开关。这种保护开关具有：一个开关驱动机构、具有可分开的触头的电流路径、一个电磁的脱扣单元、一个在故障情况下进行控制的电磁控制组件，及一个用于“接通”及“关断”及用于在脱扣后脱扣单元的复位(Reset)的手动操作单元。脱扣单元作为对一个“关断”转换指令的响应机械地作用于开关驱动机构(用于打开一个预加载的闭锁机构(Schaltschloss)或触头)。

这种类型的保护开关可构成电动机保护开关或功率保护开关，它们用于接通及关断负载并且通过在电故障状态时分离或中断负载而具有保护功能。电故障可为短路、过电流或欠电压。典型的保护开关还有FI开关(例如DE 4106652A1)，但它不能用于负载的接通及关断转换。

所述类型的保护开关的一个例子被描述在DE 19836549A1中。脱扣单元可为通常的类型，例如也在GB 1,558,785中所述。这里电磁机构由一个在电磁线圈中直线运动的、构成脱扣推杆的衔铁组成，该衔铁可抵抗一个储能压簧的力向着一个永久磁铁运动及在电磁线圈无电流时由该永久磁铁保持。

在许多保护开关中用于脱扣单元的安装空间很小。对于机动车领域中的应用由于电压级低这是一个经济的方案(DE 19741919C1)。但对于低压应用必须设置较高的绝缘要求及较高的开关功率。

本发明的任务在于，以特别紧凑的形式构造用于保护开关的操作单元或操作机构及脱扣单元。

该方案由独立权利要求的特征来得到。有利的构型被撰写在从属权利要求中。

本发明的核心在于，操作单元构造成转动装置及它具有一个驱动轴，该驱动轴为了“接通”及“关断”与开关驱动机构形成作用连接，在驱动轴与脱扣单元之间存在机械的作用连接，借助该作用连接在由“关断”位置向与“接通”转换旋转运动相反的方向上操作驱动轴时进行脱扣单元的电磁机构的复位(Reset)。

该开关的方案涉及自供给能量的脱扣方案的原理。这就是说，脱扣单元在无供电的情况下处于被激活的(aktivierten)位置，并且用相对小的电流脉冲即可撞击闭锁机构，以便打开触头。为了保证完成该任务，脱扣单元构造成机械式储能器。在脱扣动作后该机械式储能器必须又手动地被复位。当脱扣单元没有事先被复位时，保护开关不能由“关断位置”转换到“接通”位置。

本发明提出，脱扣单元的复位运动通过驱动轴在与“接通”转换旋转运动相反的方向上转动一个20°至30°的角位移来实现。根据本发明，代表操作单元与脱扣单元之间的作用连接的脱扣杠杆是一个双臂杠杆，它的第一臂由驱动轴上的至少一个携动装置加载，它的第二臂引起脱扣单元的复位运动。

第二臂在施加储能压簧变形功的情况下将储能器的衔铁引导向永久磁铁，其中衔铁(脱扣推杆)通过永久磁铁的吸持力保持。

脱扣通过磁路中的电流脉冲来实现，在此它产生的能量通量克服永久磁铁的吸持力。通过衔铁运动到脱扣位置机械地使开关机构及驱动轴运动，这时锁被操作并且开关机构打开并且驱动轴进行旋转运动(向“关断”位置)。

本发明的装置既可被使用在一个单极的保护开关中，也可被使用在多极的保护开关中。

本发明的主要优点在于，机械操作单元可被设置在保护开关的上面，由此使开关仅在高度(垂直方向)上增大；而在水平延伸(安装尺寸)上未产生变化。

相关的手动操作单元的几何结构及它对脱扣单元的配置这样地构造，即双臂杠杆与驱动轴(操作轴)轴线平行地支承及衔铁与双臂杠杆垂直地支承。在此情况下驱动轴与电磁机构之间的机械的作用连接这样地实现，即驱动轴的转动被转换成双臂杠杆的反向转动，双臂杠杆的转动被转变成衔铁的直线运动。当为了复位运动驱动轴转动约25°时，衔铁约移动2.5mm。其机械构型则在于，双臂杠杆的第二臂被构造成叉及衔铁设有一个槽，用于叉的嵌接。

驱动轴通过一个操作轴与一个插接轴的组合来制造。这在对附图的描述中详细地说明。

在双臂杠杆的一个臂上可设置一个优选彩色的标记。在此，在保护开关的壳体中这样地设有一个窗，使得在该窗中或当脱扣单元在复位位置上上或当其在脱扣位置上时可从外部看到该标记。这允许操作者直接地确定：保护开关是否可以被转换到“接通”-不用复位，或是否在接通转换前必须进行脱扣单元的复位。

本发明的构型被表示在附图中，附图分别表示：

图1：各个部件的分解图，

图2：驱动轴的装配，

图3：该装置的一个水平剖面图。

构造成旋钮的操作转动钮42被固定在一个驱动轴40的端部上并伸出保护开关的未进一步示出的壳体外。驱动轴40是一个由操作轴44与插接轴60组成的多件式组装体。该组装体被分开地及详细地表示在图2中并将被详细地描述。

由外部在该保护开关上仅可看到旋钮42，该旋钮可占据一个“关断”及一个“接通”的位置，这些位置彼此转过90°。在“接通”位置中触头闭合及脱扣单元可被激活。由该位置通过借助旋钮42手动地左旋D1驱动轴40可使保护开关的触头打开。驱动轴在开关驱动机构中释放锁(Schloss)及打开触头。为了手动地关断，在D1方向上的一个短小的转动就足够用以操作锁。而不需要为此转动整个90°。在故障情况下自动关断时以及触头打开时强制地使驱动轴40一起运动。

在保护开关的关断状态中(闭锁机构/触头打开)，不能直接地使保护开关转换到接通状态中。脱扣单元10作为机械式储能器工作并且它必须首先被夹紧(gespannt)。脱扣单元10具有一个罐状的磁路及用永久磁铁的吸持力工作。可在该磁路中移动的衔铁14的一端与一个永久磁铁16形成磁的相互作用并且其另一端构造成脱扣推杆。衔铁14由一个储能压簧17加载。

操作轴的轴线HA非常靠近脱扣单元10的壳体11(也参见图3及图4)。双臂杠杆30与操作轴44轴线平行地支承，衔铁14垂直于双臂杠杆30地支承。

脱扣单元的激活由(驱动轴40的)旋钮42绕驱动轴40的轴线HA由“关断”位置手动地作约20°至30°的左旋D1来实现，即在与“接通”转换运动相反的方向上转动。通过该手动操作使机械式储能器转移到“接通”位置中。在与“接通”转换运动相反的方向(D1)上转动时，两个携动凸块61’，61”与构成双臂杠杆的脱扣杠杆30的第一臂32形成作用连接。操作轴的该转动被转换成双臂杠杆在相反方向(标记H1，H2)上的转动。该操作具有作用链：旋钮42，驱动轴40，携动凸块61’，61”，双臂杠杆30，叉35，衔铁14，永久磁铁16。衔铁14被引导到永久磁铁上并被磁性地保持在那里。

已经提及，闭锁机构的接通转换在不操作动力驱动机构的情况下是不可能的。闭锁机构的锁止及释放通过一个由复位弹簧加载的锁止爪80来实现。锁止爪80作为保护开关中的双臂的杠杆可绕轴线KA转动地支承。在夹紧脱扣单元时借助在双臂杠杆下端上的携动件36抵抗复位弹簧的力操作锁止爪80。在锁止爪80上，在上杠杆臂上设有一个球缺82，它被携动件36加载。在脱扣单元夹紧后双臂杠杆与携动件36共同地处于固定位置上，其中锁止爪80由静止位置摆出。在该位置中锁止爪的第二杠杆臂84与闭锁机构具有这样的相互作用，即使得闭锁机构转移到“接通”位置上。

脱扣(通过电磁控制组件的故障开断，可能与一个不再详细描述的电子组件相联系)发生在脱扣线圈12的线匝的电流足够大时。永久磁铁16的磁吸力被削弱及衔铁14在储能压簧17的力的支持下被释放(通过运动L2)。

衔铁和双臂杠杆30通过脱扣推杆上的槽15及双臂杠杆上的叉35形成形状锁合的作用连接，使得衔铁的运动总被传递到双臂杠杆30上。衔铁的直线行程为几个毫米。双臂杠杆30的与该直线运动(L1，L2)相联系的转动运动(H1，H2)约为25°至30°。在图面的下部，在双臂杠杆30上设有一个携动装置36，该携动装置与闭锁机构的锁止爪80相互作用(打开触头)。

通过衔铁14的运动L2，经过闭锁机构引起触头系统的打开。

驱动轴40通过与未示出的携动装置的同轴线的、形状锁合的插接连接与闭锁机构形成作用连接。借助驱动轴40的关于驱动轴线115的运动在两个转动方向上引起闭锁机构的操作(用于“接通”及用于“关断”)。

脱扣单元10被设置在一个塑料壳体11中，在该塑料壳体中主要支承着电磁线圈12。壳体11设置在开关的上侧面110上，其中在该实施例中壳体通过至少一个固定装置(螺纹装置，插接装置或夹紧装置)(这里为装配圆柱19)与对应固定装置(这里为上侧面110上的孔119)相固定。在该图中装配圆柱19与孔119的空间配置通过线AA给出。

根据该实施例，脱扣单元10的主轴线MA是水平的，由此构成脱扣推杆的衔铁14的轴线也是水平的。驱动轴40在该保护开关中具有垂直的位置。因此衔铁的纵向轴线相对驱动轴40成90°。

在脱扣单元的壳体上与驱动轴40的轴线HA平行地设有一个用于双臂杠杆30的轴承SS。双臂杠杆30通过销20可转动地固定在轴承SS中。

根据该实施例，在图2中驱动轴40通过操作轴44与插接轴60的相互插接两部分地构成。旋钮42，操作轴44，插接轴60及开关驱动装置(图中由轴颈115表示)位于一个轴线上。插接轴60在下部区域中被构成空心的及在上部区域中具有用于装上旋钮的轴颈。在插接轴上大约转过180°对置地构造有一个携动销62和两个携动凸块61’，61”。携动销62在与操作轴44组装后嵌入到构造在那里的一个携动扇块45中。在右旋(“接通”转换运动)时携动销62的位于前面的边缘在携动扇块45中形成止挡。因此在“接通”转换运动时操作轴44被直接地携动。

在左旋时携动销62的位于前面的边缘是用于手动“关断”转换操作的携动装置(携动扇块45中的止挡)，其中这里首先克服扭转弹簧67约30°的弹簧行程，直到实现操作轴44的携动。这样，这里在插接轴60与操作轴44之间存在一个空行程，在插接轴60复位运动D1时该空行程使操作轴44脱开嵌接。

在两个轴44，60之间插入所述的扭转弹簧67，该扭转弹簧用于在脱扣单元夹紧后插接轴相对操作轴的复位以及将驱动轴和尤其是旋钮调整到一个确定的“关断”位置中。扭转弹簧67的弹簧丝在其一个端部67’上向外弯曲并接触在携动销62上。扭转弹簧67的第二端部67”(在图2中不能看到，而表示在图4中)向内弯曲并嵌入操作轴44的一个与轴线平行的槽44’中。操作轴44在其上端具有一个轴颈，该轴颈伸入到插接轴60的空腔中，及在其下端具有一个孔，用于套在并固定在保护开关的驱动轴115上。携动销62与携动扇块45的相互配合也可在图3中看出。携动扇块45具有约50°的一个自由圆弧角；携动销62在携动扇块的止挡之间具有约30°的自由运动性(扭转弹簧67的弹簧行程)。这应于脱扣单元的夹紧运动所需要的角位移。

为了尽可能最佳地利用存在的空间，各个零件相互的距离被选择得特别小。脱扣单元的壳体特别地靠近操作轴。因此在操作轴(插接轴60)上设有两个携动凸块；一个携动凸块61’可在上方从释放单元壳体旁边扫过，另一携动凸块61”可在下方从该释放单元壳体旁边扫过。

插接轴60与双臂杠杆30的第一臂32形成作用连接。双臂杠杆30的第二臂34、35与衔铁14形成紧密的作用连接。在该实施例中它是这样地实现的，即双臂杠杆30的第二臂34被构造成叉35并且推杆式或销式构成的衔铁14在外端构造有一个槽15。双臂杠杆的第二臂34的叉35力锁合地位于衔铁的该槽内。

双臂杠杆的第二臂34由衔铁14的每个直线运动L1，L2携带并且双臂被置于转动。在该力锁合的作用连接中不存在空行程。通过衔铁14的运动使双臂杠杆转动及相反地：通过双臂杠杆的转动使衔铁运动。

根据本发明，在衔铁14与闭锁机构之间的机械的作用连接及在操作轴44与衔铁14之间的机械的作用连接通过一个适合于两个功能地构型的插接轴60来实现。

图3表示该结构的一个水平截面。驱动轴40处于“关断”位置中。在该图中可清楚地看到该结构很好的空间利用。驱动轴处于该保护开关的“关断”位置。

在此再次地罗列一下操作动作或旋转运动：

在“手动接通”功能中使驱动轴40由“关断”位置在方向D2上右旋地运动90°，其中双臂杠杆完成运动H2。在此情况下衔铁直线地以L1运动。

在“手动关断”功能中使驱动轴40由“接通”位置在方向D1上左旋地运动90°，其中双臂杠杆完成运动H1。在此情况下衔铁直线地以L2运动。

在功能“脱扣单元夹紧”中使驱动轴40由“关断”位置在方向D1上左旋地运动25°，其中双臂杠杆完成运动H1。在此情况下衔铁不随同运动。

最后所述的旋转运动在图3中可通过携动件61’的两个位置看出。在虚线位置上通过扭转弹簧使插接轴60连同携动件61’位于静止位置中。实线所示的位置是这样的位置，在该位置上携动件61操作了双臂杠杆30(按照转向D1)及衔铁已被引导到永久磁铁上(通过运动L1)。

图4表示脱扣单元、双臂杠杆及驱动轴40的与图3类似的视图。这里示出双臂杠杆30处于其两个端部位置上。驱动轴40处于保护开关的“接通”位置中及由此相对图3中的位置右旋了90°。可以看到扭转弹簧67的两个夹紧位置：扭转弹簧的第一端部67’通过未示出的携动销62(参见图2)的携动由一个虚线所示的位置运动到实线所示的位置上。还可看到操作轴的槽44’(这里也参见图2)。扭转弹簧67的第二端部67”位于该槽中。

此外图4还表示为了可看清双臂杠杆位置的一种构图可能性。在双臂杠杆30的一个臂34上可施加一个彩色的标记35’。因为双臂杠杆与衔铁形成刚性关系，由此可以识别出：脱扣单元是否处于复位位置中。根据图4在双臂杠杆30的脱扣侧(34)设有标记。双臂杠杆以两个位置示出(虚线，实线所示)。在保护开关的在该图中未示出的壳体中，在双臂杠杆30的臂34的位置的上面设置有一个窗F。视拟定的功能而定可设置一个绿色的或红色的标记35’。视双臂杠杆30的位置而定该标记或可被看到或不可被看到。因此在该窗中借助标记35’可由外部看出脱扣单元的脱扣位置(红色标记)或其复位位置(绿色标记)。由此操作者可直接地识别出：是否保护开关可以被转换到“接通”-不用复位，或是否在接通转换前必须进行复位。

参考标号表

110   开关的上侧面

115   开关驱动的操作轴线

119   套接孔

F     开关壳体中的窗

10    脱扣单元

11    脱扣单元的塑料壳体(支架)

12    脱扣线圈

MA    衔铁轴线

14    衔铁

15    衔铁上的槽

16    永久磁铁

17    储能压簧

18    用于销20的支承

19    装配圆柱

20    轴向销

AA    固定轴线

L1，L2衔铁的直线运动

30    双臂杠杆(脱扣杠杆)

SS    臂杠杆的轴线

32    双臂杠杆的第一臂

33          第一臂的(驱动侧的)端部

34          双臂杠杆的(脱扣器侧的)第二臂

35          携动叉

36          用于闭锁的携动件

HA          操作轴的轴线

40          驱动轴

42          操作转动钮

44          操作轴

44’        槽

45          携动扇段

46          止挡/携动件

D1，D2      驱动轴的转动运动(接通/关断)

H1，H2      双臂杠杆的转动方向

60          插接轴

61’，61”  携动凸块

62          携动销

63          操作凸块/闭锁

64          止挡/携动件

67          在插接轴上的扭转弹簧

67’，67”  弹簧线末端

80          锁止爪

82          球缺

84          在锁止爪上的携动件

KA          爪的轴线

Claims (8)

1.具有针对故障情况的保护功能的电保护开关，它具有：

一个开关驱动机构，

带有可分开的触头的电流路径，

一个电磁的脱扣单元(10)，它作为对一个“关断”转换指令的响应机械地作用于开关驱动机构，该脱扣单元(10)具有：

一个脱扣线圈(12)，

一个在故障情况下进行控制的电磁控制组件，

一个用于“接通”及“关断”转换并且用于该脱扣单元(10)在脱扣后的复位运动的、构造成转动装置的手动操作单元，其特征在于：该脱扣单元(10)还具有

一个在脱扣方向(L2)上由一个储能压簧(17)加载的、置入在脱扣线圈(12)内并构造成脱扣推杆的衔铁(14)，

一个在脱扣线圈(12)无电流情况下将该衔铁(14)保持在开关驱动机构的接通位置和脱扣单元(10)的复位状态中的永久磁铁(16)，

及一个可由衔铁(14)转动的、作用在开关驱动机构上的脱扣杠杆(30)，

并且该操作单元具有一个驱动轴(40)，该驱动轴为了“接通”及“关断”转换(D1，D2)与开关驱动机构作用连接，

并且在该驱动轴(40)与脱扣单元(10)之间设有一个机械的作用连接，借助该作用连接在由“关断”位置向与“接通”转换转动运动(D2)相反的方向(D1)上操作该驱动轴(40)时进行该脱扣单元(10)的电磁机构(12，14，16，17)的复位。

2.根据权利要求1的保护开关，其特征在于：代表操作单元与脱扣单元(10)之间的作用连接的脱扣杠杆是一个双臂杠杆(30)，它的第一臂(32)由该驱动轴(40)上的至少一个携动装置(61)加载，并且它的第二臂(34)引起脱扣单元(10)的复位运动。

3.根据权利要求2的保护开关，其特征在于：驱动轴(40)与电磁机构(12，14，16，17)之间的机械的作用连接是这样的，即该驱动轴(40)的转动被转换成该双臂杠杆(30)的反向转动，以及该双臂杠杆(30)的转动被转变成该衔铁(14)的直线运动。

4.根据权利要求3的保护开关，其特征在于：该双臂杠杆(30)的第二臂(34)构造成叉(35)；及该衔铁(14)设置有一个槽(15)，用于该叉(35)的嵌接。

5.根据权利要求2至4中一项的保护开关，其特征在于：该双臂杠杆(30)与该操作轴(44)轴线平行地支承并且该衔铁(14)与该双臂杠杆(30)垂直地支承。

6.根据权利要求2至5中一项的保护开关，其特征在于：操作单元与脱扣单元(10)之间的所述作用连接在几何以及机械上被这样构造，即该驱动轴(40)的一个20°至30°的角位移的转动运动(D1)足以满足复位运动。

7.根据以上权利要求中一项的保护开关，其特征在于：该驱动轴(40)由两部分构成，具体说由一个设置在开关驱动机构上的、构造有至少一个用于双臂杠杆(30)的携动件(61)的插接轴(60)

和一个刚性地作用在该开关机构上的操作轴(44)组成，

其中在插接轴(60)与操作轴(44)之间具有一个空行程，在插接轴(60)复位运动(D1)时该空行程使操作轴(44)脱开嵌接。

8.根据权利要求2至7中一项的保护开关，其特征在于：在该双臂杠杆(30)的一个臂(32，34)上设有一个标记(35’)；以及在该保护开关的壳体中设有一个窗，在该窗中或当该脱扣单元(10)在复位位置上时或当其在脱扣位置上时可从外部看到该标记。

Images