CN102308355B - 用于断路器的脱扣装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其用于断路器的脱扣装置（1），具有至少一个带有衔铁（2.1）的可控制的脱扣磁体（2），衔铁与后置的脱扣掣子（6.3）作用连接，脱扣掣子与作用于断路器上的脱扣机构嵌接，脱扣机构与作为力放大器的预紧的弹簧（4）耦联。按照本发明，所述脱扣机构包括具有多个凸轮（5.1，5.2，5.4）的凸轮轴（5），其中对每个转角错开的凸轮（5.1，5.2，5.4）分别配有操纵机构（6），并且在脱扣情况下在时间上先后地运行至少两个附属于相应操纵机构（6.1，6.2，6.3）的调整过程，由此为了完成从属的调整过程，通过凸轮轴（5）将全部弹簧力传递到所述操纵机构（6.1，6.2，6.3）中的至少一个操纵机构上。

Description

用于断路器的脱扣装置

技术领域

本发明涉及一种尤其用于断路器的脱扣装置，它具有至少一个带有衔铁的可控制的脱扣磁体，衔铁与后置的脱扣掣子作用连接，脱扣掣子与作用于断路器上的脱扣机构嵌接，脱扣机构与作为力放大器的预紧的弹簧耦联。 

背景技术

这种具有力放大的脱扣装置用于操纵断路器。为大电流设计的断路器不仅可以开关运行电流和微小的过载电流，而且可以在故障时接通大过载电流和短路电流，这种故障电流保持给定的时间并且再断开。过载电流涉及在能量流方向上看去后置于断路器的设备的最削弱的环节。为了保护所述后置的设备免受过载或短路的损害，断路器要在确定的时间内断开这个与电网保护装置连接的电流。 

在接通断路器时能量储存在蓄能器例如弹簧里面。为了在故障情况下快速放出这个能量并由此可以断开开关触头，必需非常快速工作的脱扣机构。 

为此作为具有力放大的磁脱扣器由现有技术已知这样的机构，它在断路器SUSOL 250A（LS 工业系统）中使用。在这里使用磁体-掣子-脱扣轴连同磁复位的基本原理。脱扣磁体在脱扣时以微小的力使脱扣掣子运动。脱扣掣子放开杆或轴，它通过增强的、作为力放大器的弹簧预紧。轴开始旋转同时触发所有要实现的调整过程，即脱扣开关锁、顶压辅助开关和复位脱扣磁体。因为所述调整过程同时运行，弹簧能量分布在所有目标功能上。在每个单独的调整过程中加速质量以及克服摩擦力和反力。对于每个调整过程也只提供一部分当时有效的弹簧力供使用。因此调整过程相对缓慢地运行。但是短的脱扣时间不一定能快速进行开关和使设备免受大电流。 

为了实现短的脱扣时间必须显著提高弹簧力，或者说提高放大弹簧的弹簧力和磁簧的弹簧力。但是这需要更大功率需求的磁体，这显然提高了这种脱扣机构的加工成本。此外所述措施需要更大的结构空间，它一般不供使用。 

通过由现有技术已知的解决方案有时不再能够达到当前的断路器所需的开关时间。同时为了操纵脱扣掣子需要低能量致动器，由此也限制了弹簧力。 

发明内容

本发明的目的是，建议一种尤其用于断路器的脱扣装置，通过它可以只以微小的力在要求的开关时间内实现必需的调整过程或开关功能。 

本发明涉及一种尤其用于断路器的脱扣装置，它具有至少一个带有衔铁的可控制的脱扣磁体，衔铁与后置的脱扣掣子作用连接，脱扣掣子与作用于断路器上的脱扣机构嵌接，脱扣机构与作为力放大器的预紧的弹簧耦联。按照本发明所述脱扣机构包括具有多个凸轮的凸轮轴，其中对每个转角错开的凸轮分别配有操纵机构，并且在脱扣情况下在时间上先后地运行至少两个附属于相应操纵机构的调整过程，由此为了完成从属的调整过程，通过凸轮轴将全部弹簧力传递到所述操纵机构中的至少一个操纵机构上。 

作为调整过程在本发明的意义上主要是利用其开关锁杆脱扣开关锁的调整过程、优选在使用辅助开关销的条件下操纵辅助开关、脱扣掣子的复位运动和脱扣磁体的衔铁的复位，其中首先且以最高速度运行时间临界的主功能，脱扣开关锁。因此为了脱扣开关锁提供全部弹簧力供使用，这允许更大的开关力并且导致更短的开关时间。 

优选在时间上错开地运行单个调整过程：脱扣开关锁、操纵辅助开关、脱扣掣子复位和衔铁复位。所有调整过程优选至少部分地在时间上先后地、即顺序地运行，其中在调整过程的结束与接着的调整过程的开始之间存在安全时间间隔。由此使由弹簧传递到凸轮轴上的能量集中于在相应的时间执行的调整过程上。 

本发明的主要优点也在于，与已知的解决方案相比可以显著缩短主功能脱扣开关锁的脱扣时间。按照本发明的脱扣装置更充分地利用弹簧力蓄能器的能量并由此需要更少的电脱扣能量。 

所述操纵机构执行直线或旋转的调整运动。按照本发明的方案设有至少三个操纵机构，其中第一操纵机构作为开关锁杆执行旋转调整运动，第二操纵机构作为辅助开关销执行直线调整运动，第三操纵机构作为脱扣掣子执行旋转的调整运动。 

在本发明的特别有利的改进方案中，由开关锁杆构成的第一操纵机构具有曲线轮廓，它这样构成，即在开关锁杆占据最终位置以后在通过弹簧力引起的凸轮轴继续旋转运动时附属于开关锁杆的凸轮沿着所述曲线轮廓滑动，其中凸轮轴的转角明显加大，而不改变开关锁杆的最终位置。因为由于结构的原因轴的转角为了脱扣开关锁通过其开关锁杆来确定，因此必须提高轴的转角，用于接着能够运行其它功能。 

通过加大凸轮轴的转角提高可利用的弹簧行程并且使能量增益在给定的最大力时极大地提高，例如双倍。 

在本发明的优选改进方案中，只有在开关锁杆占据最终位置以后，才实现脱扣掣子的复位运动和伴随而来的、但是时间上错开的脱扣磁体的衔铁的复位运动。 

为了实现更短的开关时间，在通过凸轮轴的凸轮触发其它调整过程之前，由开关锁杆构成的第一操纵机构已经首先完全完成其调整过程。 

在本发明的优选改进方案中，所述凸轮轴的运动在使用耦联传动机构的条件下传递到开关锁或其开关锁杆。 

按照本发明这样选择两个弹簧悬挂机构与凸轮轴旋转点之间的角度，使弹簧功在给定的凸轮轴转角时最大。 

另一实践中重要的解决方案还在于，设有至少两个脱扣机构，它们在力作用方向上相继地、即串联地设置。 

此外本发明重要的是，所述脱扣掣子和止动凸轮分别具有按照关键点错位（Stichpunktversetzung）原理构成的轮廓，由此可以使脱扣掣子以减小的力消耗运动并且更快地放开锁定的凸轮轴。 

与现有技术相比，本发明的显著优点和特征主要是： 

·在脱扣情况下在时间上错开地运行附属于相应操纵机构的调整过程，由此为了完成从属的调整过程，通过凸轮轴分别将全部弹簧力传递到所述操纵机构中的每个操纵机构上。

·作为调整过程规定了脱扣开关锁、操纵辅助开关、脱扣掣子的复位运动和脱扣磁体的衔铁的复位，其中首先且以最高速度运行时间临界的主功能脱扣开关锁。 

·作为时间临界的调整过程首先执行脱扣开关锁，由此与由现有技术已知的解决方案相比可以明显缩短脱扣时间。 

·更短的脱扣时间是开关结构中的重要优点并且有助于研制在开关电流相同时更小且更廉价的断路器， 

·开关锁的开关锁杆具有曲线轮廓，它这样构成，使得在开关锁杆占据的最终位置以后，在通过弹簧力引起凸轮轴继续旋转运动时，使附属于开关锁杆的凸轮沿着所述曲线轮廓滑动，其中凸轮轴的转角以及弹簧的弹性行程都明显提高，由此可以从弹簧中获取更多能量，

·加大转角能够影有效地利用弹簧能量并且能够使用更弱的更低能量的脱扣磁体，

·在脱扣掣子上和在止动凸轮上的关键点错位允许使用更弱的、更低能量的脱扣磁体，并且还提高脱扣速度，

·通过更小的用于进行开关的力，减小所需的电脱扣能量，这对于电脱扣器是特别有利的，它们通过测量电子装置的变流器满足脱扣器的能量需求，

·通过凸轮轴只会不显著地增加按照本发明的脱扣装置的结构空间。

附图说明

借助仔细研究的在后面还要详细说明的在此优选的、不局限于此的本发明实施例，借助于附图更好地理解和分析本发明的目的和优点，附图中： 

图1以立体图示出在初始位置中的脱扣装置，

图2以立体图示出在中间位置中的脱扣装置，

图3以立体图示出在最终位置中的脱扣装置，

图4以曲线图示出在现有技术中所有调整过程的行程或转角与时间的关系，

图5以曲线图示出在按照本发明的脱扣装置中所有调整过程的行程或转角与时间的关系，

图6以对比曲线图示出在现有技术和在按照本发明的脱扣装置中所利用的弹簧能量。

具体实施方式

图1至3以立体图示出尤其用于断路器的同一个脱扣装置1的初始位置、中间位置和最终位置。按照本发明的脱扣装置1包括具有衔铁2.1的可控制的脱扣磁体2，衔铁与后置的脱扣掣子6.3作用连接，脱扣掣子与作用于断路器上的脱扣机构嵌接，脱扣机构与作为力放大器的预紧的弹簧4耦联。作为脱扣机构按照本发明设有具有多个凸轮5.1、5.2、5.4的凸轮轴5。定位在凸轮轴5上的转角错开的每个凸轮5.1、5.2和5.4分别配有操纵机构6，其中在脱扣情况下在时间上先后地运行至少两个附属于相应操纵机构6.1、6.2、6.3的调整过程，由此为了完成从属的调整过程，使全部弹簧力通过凸轮轴5传递到所述操纵机构6.1、6.2、6.3的至少一个操纵机构上。在所示的示例中，凸轮轴5包括三个凸轮5.1、5.2和5.4。在此第一凸轮5.1附属于由开关锁杆6.1构成的第一操纵机构6。可旋转支承的开关锁杆6.1按照本发明具有曲线轮廓3，其功能在下面还要详细解释。利用开关锁杆6.1机械地操纵或脱扣未示出的断路器的开关锁。凸轮轴5、脱扣掣子6.3、辅助开关销6.2和脱扣磁体2支承在未示出的外壳里面。作为在凸轮轴5上的且作为力放大器的弹簧4同样悬挂在这个外壳里面。这个弹簧4在初始状态中预紧。可控制的脱扣磁体2的衔铁2.1与脱扣掣子6.3作用连接，它在衔铁2.1伸出时放开另一设置在凸轮轴5上的止动凸轮5.3，由此弹簧4可以使凸轮轴5置于旋转运动。 

按照本发明的脱扣装置1的工作方式如下：在按照图1的初始位置，脱扣磁体2或其线圈不通电。衔铁2.1完全位于脱扣磁体2内部。包括两个侧腿的脱扣掣子6.3通过其两个侧腿顶靠在衔铁2.1的端面上。此外随动凸轮5.4设置在止动凸轮5.3旁边。为了占据按照图2的中间位置，使脱扣磁体2通电并且使衔铁2.1轴向向外运动。在这个时刻不仅脱扣掣子6.3而且凸轮轴5都还保留在其初始位置。紧接着脱扣掣子6.3置于旋转并且在旋转几度以后放开凸轮轴5的止动凸轮5.3，由此使凸轮轴5通过预紧的弹簧4置于旋转。紧接着进行脱扣装置1的第一且最重要的调整运动，即通过第一凸轮5.1使开关锁杆6.1置于旋转运动。在这个时刻不执行其它调整运动。由此使所有在这个时刻起作用的弹簧力供这个第一调整运动使用。开关锁杆6.1在凸轮轴5继续旋转运动时带到其最终位置，它在所示的示例中通过向右旋转达到确定的角度。在凸轮轴5继续旋转时第一凸轮5.1沿着开关锁杆6.1的曲线轮廓3移动。在这个阶段期间凸轮轴5的附属于辅助开关销6.2的凸轮5.2达到辅助开关销6.2，使其运动并且操纵未示出的辅助开关。接着在达到开关锁杆6.1的曲线轮廓3的顶点以后，开始脱扣掣子6.3的复位并且随之使脱扣磁体2的衔铁2.1复位。 

图4和5的曲线图示出调整元件的行程或转角与时间的关系。图4示出现有技术的调整过程，图5示出在按照本发明的脱扣装置1中的相应调整过程。如同看到的那样，按照图4在衔铁运动和脱扣掣子6.3的调整运动中，行程首先在时间上累进地增加。随着达到脱扣掣子6.3的最终位置在由现有技术已知的传统的脱扣机构中开始调整过程，脱扣开关锁和操纵辅助开关。在这个阶段期间也实现脱扣掣子6.3的复位和随之进行的脱扣磁体2的衔铁2.1的复位。所有三个或四个调整过程几乎在同一时刻结束。用于驱动脱扣机构的弹簧4在凸轮轴5的旋转运动期间放出其弹簧能量，同时弹簧能量分布在所有三个或四个调整过程上，并引起上述的缺陷。 

而在按照本发明的按照图1至3的脱扣装置中，弹簧能量在不同的时刻按照图5如下分布在单个调整过程上： 

首先使脱扣磁体2或其线圈通电并且衔铁2.1在脱扣掣子6.3的轴向方向上运动。大约在衔铁2.1和脱扣掣子6.3已经达到其最大偏转之前，掣子放开凸轮轴5。使凸轮轴开始旋转并且通过其第一凸轮5.1仅仅驱动开关锁杆6.1。对于这个调整过程，全部弹簧力供使用。只有在达到最大转角以后（它对应于开关锁杆6.1的最终位置），才在时间上错开地触发所有其它调整过程。首先使脱扣掣子6.3复位，它同时使衔铁2.1返回到初始位置。为了操纵辅助开关销6.2以及衔铁2.1复位运动，在开关锁杆6.1的运动在时间上的结束与紧接着启动的凸轮轴5的第二凸轮5.2的调整运动的开始之间存在安全时间间隔。但是除了开关锁杆6.1的调整运动，几乎在同一时刻结束所有上述的调整过程。整体观察图4和5可确认，在按照本发明的脱扣装置1中与现有技术的脱扣机构相比，在占据开关锁6.1的最终位置方面显示出显著的时间优点。换言之，作用于断路器上的开关锁由于在时间上错开启动的调整过程更快速地脱扣，因为整个弹簧力集中在对于各个时刻重要的过程上。

图6以对比曲线图示出对应于现有技术和按照本发明的脱扣装置1在给定的边界条件时所利用的弹簧能量。在曲线图中在凸轮轴5的转角上标出弹簧能量。在由现有技术已知的解决方案中脱扣轴的转角小于按照本发明的凸轮轴5的转角。由此引起附属于转角的利用的弹簧能量，它在已知的解决方案的脱扣轴中小于在按照本发明的解决方案的凸轮轴5。按照本发明的增值对应于供使用的可利用弹簧能量的增量ΔE。按照本发明的凸轮轴5与常见的脱扣轴相比的不同转角导致，在本发明中一方面可以有效利用现有的弹簧能量，另一方面脱扣开关锁6.1的调整过程不仅在提前的时刻开始，而且更快地完成。但是只有在开关锁杆6.1已经占据其最终位置以后，脱扣装置1才复位。 

附图标记清单 

1 脱扣装置

2 脱扣磁体

2.1 衔铁

3 曲线轮廓

4 弹簧

5 凸轮轴

5.1 第一凸轮

5.2 第二凸轮

5.3 止动凸轮

5.4 随动凸轮

6 操纵机构

6.1 开关锁杆

6.2 辅助开关销

6.3 脱扣掣子。

Claims (13)

1.脱扣装置（1），至少具有一个带有衔铁（2.1）的可控制的脱扣磁体（2），所述衔铁与后置的脱扣掣子（6.3）作用连接，所述脱扣掣子与作用于断路器上的脱扣机构嵌接，所述脱扣机构与作为力放大器的预紧的弹簧（4）耦联，其中所述脱扣机构包括具有多个凸轮（5.1，5.2，5.4）的凸轮轴（5），其中每个转角错开的凸轮（5.1，5.2，5.4）分别配有操纵机构（6），并且在脱扣情况下在时间上先后地运行至少两个附属于相应操纵机构（6.1，6.2，6.3）的调整过程，由此为了完成从属的调整过程，通过凸轮轴（5）将全部弹簧力传递到所述操纵机构（6.1，6.2，6.3）中的至少一个操纵机构上，其特征在于，作为调整过程设有脱扣开关锁、操纵辅助开关、脱扣掣子（6.3）的复位运动和脱扣磁体（2）的衔铁（2.1）的复位，其中首先且以最高速度运行时间先决的主功能脱扣开关锁。

2.如权利要求1所述的脱扣装置（1），其特征在于，设有至少三个操纵机构（6），其中第一操纵机构（6）由开关锁的开关锁杆（6.1）构成，第二操纵机构（6）由辅助开关的辅助开关销（6.2）构成，第三操纵机构（6）由脱扣掣子（6.3）构成。

3.如权利要求1或2所述的脱扣装置（1），其特征在于，至少部分地在时间上先后地、即顺序地运行相应调整过程，其中在调整过程的结束与接着的调整过程的开始之间存在安全时间间隔。

4.如权利要求1或2所述的脱扣装置（1），其特征在于，所述操纵机构（6.1，6.2，6.3）执行直线或旋转的调整运动。

5.如权利要求2所述的脱扣装置（1），其特征在于，由开关锁杆（6.1）构成的第一操纵机构（6）具有曲线轮廓（3），它这样构成，即在开关锁杆（6.1）占据最终位置以后，在通过弹簧力引起凸轮轴（5）继续旋转运动时，附属于开关锁杆（6.1）的凸轮（5.1）沿着所述曲线轮廓（3）滑动，其中凸轮轴（5）的转角明显加大，而不改变开关锁杆（6.1）的最终位置。

6.如权利要求1或2所述的脱扣装置（1），其特征在于，通过加大凸轮轴（5）的转角提高可利用的弹簧行程，并且使能量增益在给定的最大力时提高。

7.如权利要求2所述的脱扣装置（1），其特征在于，只有在开关锁杆（6.1）占据最终位置以后，才实现脱扣掣子（6.3）的复位运动和伴随而来的、但是时间上错开的脱扣磁体（2）的衔铁（2.1）的复位运动。

8.如权利要求2所述的脱扣装置（1），其特征在于，为了实现最短的开关时间，在通过凸轮轴（5）的凸轮（5.2，5.4）触发其它调整过程之前，由开关锁杆（6.1）构成的第一操纵机构（6）已经完全完成其调整过程。

9.如权利要求2所述的脱扣装置（1），其特征在于，所述凸轮轴（5）的运动在使用耦联传动机构的条件下传递到开关锁杆(6.1)。

10.如权利要求1或2所述的脱扣装置（1），其特征在于，这样选择两个弹簧悬挂机构与凸轮轴（5）的旋转点之间的角度，使弹簧功在凸轮轴（5）的给定的转角时最大。

11.如权利要求1或2所述的脱扣装置（1），其特征在于，设有至少两个脱扣机构，它们在力作用方向上相继地、即串联地设置。

12.如权利要求1所述的脱扣装置（1），其特征在于，所述脱扣装置（1）设置用于断路器。

13.如权利要求6所述的脱扣装置（1），其特征在于，通过加大凸轮轴（5）的转角提高可利用的弹簧行程，并且使能量增益在给定的最大力时提高到双倍。