CN102422375B - 用于主驱动装置的机械闭锁装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于主驱动装置(120)的机械闭锁装置(1)，该机械闭锁装置(1)带有在罩壳(9)之内的持久地联结的四闩闭锁机构，带有第一连杆(20)，其带有通过第一接头(25)与罩壳(9)相连接的底端部和通过第二接头(35)与第二连杆(40)的第一端部相连接的顶端部，带有第三接头(45)以将第二连杆(40)的第二端部与第三连杆(50)的第二端部相连接，其中，第三连杆(50)的第一端部与解扣装置相互连接，并且，第三连杆(50)的枢转中心通过第四接头(55)与罩壳(9)相连接，其中，第二接头(35)、第三接头(45)和第四接头(55)近似地位于一条直线上，并且其中，在第一接头(25)的方向上垂直于该直线以限定的偏差(d1)邻近第二接头(35)将主驱动装置(120)的牵引连杆(121)的负载(F)施加到的第一连杆(20)的顶端部处。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于主驱动装置的机械闭锁装置(mechanical latch unit)。
背景技术
机械闭锁装置用于在限定的位置或操作阶段锁止/释放机械的系统、尤其地由连杆(link)和接头(joint)形成的机构。可在用于电路断路器的接触系统(contact system)的机电的主驱动装置中找到闭锁装置的典型应用。技术领域涉及低压、中压和高压。尤其地，在所提及的应用领域中对于这些闭锁装置的要求为：
- 高可靠性，
- 对震动和过载条件的高鲁棒性(robustness)，
- 高的温度范围，
- 带有尽可能低的响应时间分布(scatter)的高可重复性，
- 最短的且可调整的反应时间和总的机械的操作时间。
典型地，这些要求和操作条件意味着主要基于机电的子系统的复杂的且高质量的且由此高成本的系统设计。如果以满足低成本目标为目的设计这些闭锁装置，通常需在质量和/或性能方面进行折衷。
发明内容
因此，本发明的目的为，提供用于主驱动装置的机械的闭锁装置，其带有：高的可靠性、具有在运动时间上的尽可能低的分布的高的可重复性、以及最短的/可调整的反应时间和总的机械的操作时间。
该目的通过用于主驱动装置的机械闭锁装置实现，其带有在罩壳(housing)之内的持久地联结的四闩闭锁机构(four bar latch mechanism)，
- 带有第一连杆，其带有通过第一接头与罩壳相连接的底端部和通过第二接头与第二连杆的第一端部相连接的顶端部，
- 带有第三接头以将第二连杆的第二端部与第三连杆的第二端部相连接，
- 其中，第三连杆的第一端部与解扣装置相互连接，并且第三连杆的枢转中心(pivot centre)通过第四接头与罩壳相连接，
- 其中，第二接头、第三接头和第四接头近似地位于一条直线上，并且
- 其中，在第一接头的方向上垂直于该直线以限定的偏差邻近第二接头将主驱动装置的牵引连杆的负载施加到第一连杆的顶端部处。
所提出的用于主驱动装置的机械的闭锁装置的优点为，基于标准部件而非使用典型地在现有技术的设计方案中使用的特殊部件，所提出的设计方案允许满足严格的性能要求。使用更少的部件和标准部件能够改进闭锁设计方案的成本性能比率。保证了在一个操作顺序之后重置到限定的可重复的初始状态(initial condition)中。
优选地，在主驱动装置的牵引连杆和第一连杆的顶端部之间插入俘获主滚轴。
优选地，俘获主滚轴通过实施在壳板中的槽被引导/松动地联结。
优选地，终端止动栓限制第三连杆的运动的自由并且为用于中性位置的止动部。
优选地，位于促动解扣杆的第二端部处的锁止闭锁部锁止在第三连杆的第一端部处的锁止闭锁部。
优选地，解扣杆回位弹簧将促动解扣杆推到中性位置中。
优选地，主杠杆回位弹簧将第一连杆推到中性位置中。
附图说明
现在，借助于示例性的实施例并参考附图进一步解释本发明，其中：
图1显示了闭锁装置的侧视图(截面图)，
图2显示了敞开的闭锁装置的三维视图，
图3显示了闭锁装置的三维视图，
图4以侧视图显示了闭锁装置的前部的区域，
图5显示了闭锁装置的相关的连杆和接头，
图6以线图的形式显示了闭锁装置的相关的连杆和接头。
具体实施方式
图1显示了闭锁装置的侧视图(截面图)。闭锁装置1的主要部件为：
- 带有两个壳板(housing plate)10的罩壳9，
- 带有底端部和顶端部的在罩壳9之内的主杠杆(=第一连杆)20，
- 在主杠杆20的底端部处固定到罩壳9处的带有轴26的主轴承25(=第一接头)，
- 与主杠杆20的(自由的)顶端部相接触的俘获(catch)(接触)主滚轴30，其中，该俘获主滚轴30可在实施(例如，磨削)在壳板10中的槽13之内运动(松动地联结)，
- 带有第一端部、枢转中心和第二端部的释放连杆50(=第三连杆)，其中，枢转中心通过轴承55(=第四接头)固定到罩壳9处，
- 带有第一端部和第二端部的释放连杆40(=第二连杆)，其中，第一端部通过接头35(=第二接头)固定在主杠杆20的顶端部处，并且第二端部通过接头45(=第三接头)固定在释放连杆50的第二端部处，
- 终端止动栓70固定在罩壳9处，限制释放连杆50的运动的自由并且为用于中性位置的止动部，
- 两个外部接口栓110,111，代表罩壳9和联接装置的部件以用于与主驱动装置固定在一起，
- 带有促动线圈(actuator coil)101和旋转衔铁(swivel anchor)102的促动装置100，其中，集成块90作为在促动装置100和罩壳9之间的联接装置起作用，
- 主杠杆回位弹簧80，其将主杠杆20推入中性位置中，在该位置处释放连杆50朝向(towards)终端止动栓70推进，
- 带有第一端部、枢转中心和第二端部的促动解扣杆60，其中，枢转中心通过解扣杆轴承91固定在集成块90处，第一端部接触旋转衔铁102，第二端部接触释放连杆50，并且解扣杆回位弹簧61将促动解扣杆60推入中性位置中，在该位置中，位于促动解扣杆60的第二端部处的锁止闭锁部62锁止在释放连杆50的第一端部处的锁止闭锁部51。
在锁止状态(=中性位置)期间，主驱动装置120(尤其地在用于电路断路器的接触系统的机电的驱动装置)的牵引连杆121朝向俘获主滚轴30推进，见该牵引连杆121的枢转中心122和方向箭头F，其显示出，负载F，即，在朝向主轴承25的方向上实现的主驱动装置120的牵引连杆121的力。图1显示了闭锁装置1的中性位置，其中，通过持久地联结的四闩闭锁机构(与俘获主滚轴30和可释放的锁止装置一起)锁止牵引连杆121的旋转。为了操纵主驱动装置120出现以下步骤：
1) 首先，将控制信号施加到促动装置100处，并且相应地旋转衔铁102在箭头A的方向上运动，接触/推动促动解扣杆60的第一端部。
2) 相应地，促动解扣杆60绕解扣杆轴承91(枢转中心)转动并且这使可释放的锁止装置(即，由锁止闭锁部51,62执行的互锁)失效，见通过箭头B表示的促动解扣杆60的第二端部的运动。
3) 释放连杆50绕轴承55(枢转中心)转动，见通过箭头C表示的释放连杆50的第一端部的运动和通过箭头E表示的接头45与释放连杆50和40的第二端部的运动(接头45向下运动并且从终端止动栓70处移开)，同时主杠杆20绕主轴承25旋转，见通过箭头D1表示的旋转运动。
4) 相应地，俘获主滚轴30向旁边运动(见通过箭头D2表示的运动)并且其释放牵引连杆121，牵引连杆121绕主驱动装置120的枢转中心122转动，见通过箭头G表示的旋转运动。由此，将执行期望的操作顺序(切换切断过程(switching breaking process))。
在停止到促动装置100的控制信号之后，解扣杆回位弹簧61将促动解扣杆60推回到中性位置，见通过箭头I表示的促动解扣杆60的第一端部的运动。在释放牵引连杆121之后，主杠杆回位弹簧80将主杠杆20推回到中性位置，见通过箭头H表示的运动。
在360°的旋转之后，牵引连杆121回到俘获主滚轴30处(例如借助于主驱动的电动马达)并且将被阻挡。相应地，闭锁装置1准备好用于下一操作顺序，例如以下随后期望的切换切断过程。
图2显示了敞开的闭锁装置1的三维的视图。显示出，壳板10、主杠杆20和两个释放连杆40,50都由多个金属板构件组成，例如，壳板10的两个金属板构件11,12。两个外部接口栓110,111和终端止动栓70为罩壳9的必要的结构构件。此外，显示出带有轴26的主轴承25、俘获主滚轴30(通过槽13以可横向运动的方式松动地联结)、接头35,45和轴承55以及集成块90、带有促动线圈101的促动装置100、旋转衔铁102和促动解扣杆60的一部分。
图3显示了闭锁装置1的三维视图。与图2不同，该图3显示了带有两个壳板10(由金属板构件11,12组成)的闭合的罩壳9。此外，显示出外部接口栓110,111、终端止动栓70、带有轴26的主杠杆20和俘获主滚轴30以及槽13、释放连杆40,50、集成块90、带有促动线圈101的促动装置100和旋转衔铁102。
图4以侧视图显示了闭锁装置1的前部区域。显示出带有壳板10的罩壳9、外部接口栓110,111和终端止动栓70以及带有轴26的主杠杆20和俘获主滚轴30、带有接头35,45和轴承55的释放连杆40,50，以及带有促动线圈101的促动装置100、旋转衔铁102和促动解扣杆60。
图5显示了相关的连杆和接头，即闭锁装置1的持久联结的四闩闭锁机构，带有：
- 主杠杆20，即，第一连杆，带有主轴承25(即，在其底端部处的第一接头)和在其顶端部的第二接头35和俘获主滚轴30，
- 释放连杆40，即，第二连杆，其第一端部与第二接头35相连接并且其第二端部与第三接头45相连接，
- 释放连杆50，即，第三连杆，其自由的第一端部作为可释放的锁止装置与促动解扣杆60相互作用，释放连杆50的第二端部与第三接头45相连接并且其枢转中心设计成轴承55，即，第四接头。
促动解扣杆60(与旋转衔铁102一起)用作用于持久地联结的四闩闭锁机构的解扣装置，其中，旋转衔铁102作用到促动解扣杆60的第一端部处，枢转中心设计成解扣杆轴承91并且第二端部作为可释放的锁止装置与释放连杆50的第一端部相互作用。
图6以线图的方式显示了闭锁装置的相关的连杆和接头。再次显示出闭锁装置1的持久联结的四闩闭锁机构的相关的构件：
- 第一连杆=主杠杆20
- 第二连杆=释放连杆40
- 第三连杆=释放连杆50
- 第一接头=主轴承25
- 第二接头=接头35
- 第三接头=接头45
- 第四接头=轴承55
此外，可看出通过带有枢转中心122的主驱动装置120的牵引连杆121施加到俘获主滚轴30上的负载，即，力F。基于x/y坐标系显示出，负载(即，力F)未精确地压在第一接头(即主轴承25)的方向上，但是必须存在限定的(小的)偏差x=d1，以使得在互锁失效之后引起旋转运动D1和所有其它运动D2,E,C以及最终旋转运动G。
依靠持久联结的四闩闭锁机构：25 - 20 - 35 - 40 - 45 - 50- 55，所描述的设计方案允许满足严格的性能要求。现有技术的闭锁设计方案典型地使用仅仅暂时的和持久的联结的子系统的混合，在一个操作顺序之后这些子系统难以设定和重置到限定的可重复的初始状态中。代替地，所描述的四闩闭锁机构的持久的联结不仅允许可重复的初始状态而且允许可重复的操作顺序。这是因为，在操作期间四闩闭锁机构时刻制约每个部件及其动力性(dynamics)。
可简单地度量(scale)四闩设计方案的性能与成本的比率，因此，接头装置可以滚轴实现或可成本更低地以摩擦轴承实现。因此，对于对反应时间的性能要求可减小或可期待更高的峰值负载或过载条件的应用，可使用更便宜但更稳定的摩擦轴承。对于接头轴可使用标准销和栓，其在相对低的成本下综合了高的精度和材料质量。
对于机构的连杆和主罩壳构件，可使用金属板组合物。金属板构件可通过冲压(精冲裁)、激光切割或基于其它能量射束技术的制造方法。金属板设计方案具有几个优点：
- 通过增加更多的金属板层或减少金属板层以用于适应不同的应用的特殊负载简单地增大设计的范围(scaling)。
- 功能性的集成，金属板制造过程能够结合复杂几何形状的元件。因此，二级功能性的元件可直接地集成到这些金属板部件中以使得在设计中部件的总数可减小。
- 通过使用用于金属板部件的合适的制造过程不需要附加的精加工过程例如磨光。
通过旋拧、铆接、胶合、冲压、焊接(尤其地点焊、摩擦搅拌焊(friction stir welding))、以铜焊(brazing)、冲压或这些方法的组合结合金属板层。
备选地，罩壳9和连杆构件可铸造或机械加工(切割)出来。同样可通过使用金属板的方案实现罩壳的设计。在优选的实施例中，罩壳9包括两个主部件(壳板10)、左和右罩壳装置，其通过螺钉和支撑套固定和定位。支撑套通过螺钉连接到主驱动装置120的接口上，见外部接口栓110,111。可选地，在部件数量需要进一步最小化时，通过使用铸造，可由一个单独的部件制成罩壳9。
可通过仅仅一个销或栓(见终端止动栓70)将以所描述的闭锁设计方案的四闩闭锁机构设定在高度地可重复的初始状态中，其将机构的活动性限制在一个方向上以使得机构可止动在该位置中。该特殊的位置定义为初始位置。理想地，四闩闭锁机构被置于单一的(singular)位置附近，三个接头35,45,55在该位置中位于一条直线上，因为从解扣促动装置100处所需的可释放的锁止装置的保持力FN为最小。对于实际设计来说，机构置于该单一性(singularity)附近，并且通过调整栓位置不进入或超过该单一性，并且保证用于所需的性能。在机构置于超过或过于接近单一性的情况中，解扣力或灵敏性不是最优的，引起过高的反应时间和/或更低的鲁棒性。为了调整销位置并因此调整闭锁机构的初始位置，销(终端止动栓70)可设计成偏心销，其允许调谐的(tuning)功能并且补偿制造公差的影响。总结这些特性，保证了用于调谐和高度可重复的初始状态的能力。
关于闭锁机构的初始位置，在功能性的顺序期间必须区分两个不同的初始位置：
- 在重置运动开始时，使机构运动直至释放连杆50位于终端止动栓70附近(这通过主杠杆回位弹簧80引起)。锁止栓62和51不进入接触。在这两个锁止栓62,51之间的间隙的宽度可通过设置偏心地设计的终端止动栓70而调整。
- 一旦负载F施加到主杠杆20处，锁止栓62和51就进入接触，而释放连杆50不再接触终端止动栓70。该初始位置对于机构的动力传递和功能是重要的。
通过施加到一个或多个机构连杆构件的弹簧力上重置机构。为此可使用一个或多个弹簧(拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧或复杂几何结构的弹簧)。在优选的实施例中，一个弹簧(见弹簧80)将作用在主杠杆20上并且另一弹簧(见弹簧61)作用在解扣杆60上。由解扣促动装置100驱动解扣杆60以用于释放操作，但是通过弹簧61重置使得四闩闭锁机构进入初始位置中。
接触主滚轴30俘获负载并将其分配到由金属板层制成的主杠杆20之内。负载的主要部分通过主杠杆20(也称为俘获连杆)和主轴承25直接被传输到罩壳9中。为了改进负载分配，附加的负载套筒可被引入主杠杆20和主轴承25之间。主轴承25通过形成主轴的标准精度平行栓将负载传递到罩壳9中。整个连锁链的各处可使用滚轴轴承或摩擦滑动轴承。
同样可由金属板层制成的将接头轴和多个部件的接口集成为单个部件的集成块90由于功能集成节省了部件并且减少了在装配期间引起的调谐成本。除了金属板层，备选地，集成块90也可由弯曲的和成型的金属板部件、机械切割的部件或铸件制成。
参考标号列表
| 1 | 闭锁装置 |
| 9 | 罩壳 |
| 10 | 壳板 |
| 11 | 金属板构件 |
| 12 | 金属板构件 |
| 13 | 在壳板中的槽 |
| 20 | 主杠杆(俘获连杆)=带有底端部和顶端部的第一连杆 |
| 25 | 主轴承=第一接头 |
| 26 | 轴 |
| 30 | 俘获(接触)主滚轴 |
| 35 | 第二接头 |
| 40 | 释放连杆=带有第一端部和第二端部的第二连杆 |
| 45 | 第三接头 |
| 50 | 释放连杆=带有第一端部、枢转中心以及第二端部的第三连杆 |
| 51 | 锁止闭锁部 |
| 55 | 轴承=第四接头 |
| 60 | 带有第一端部、枢转中心和第二端部的促动解扣杆 |
| 61 | 解扣回位弹簧 |
| 62 | 锁止闭锁部 |
| 70 | 终端止动栓 |
| 80 | 主杠杆回位弹簧 |
| 90 | 集成块 |
| 91 | 解扣杆轴承 |
| 100 | 促动装置 |
| 101 | 促动线圈 |
| 102 | 旋转衔铁 |
| 110 | 外部接口栓 |
| 111 | 外部接口栓 |
| 120 | 主驱动装置(用于电路断路器的接触系统的机电的驱动装置) |
| 121 | 牵引连杆 |
| 122 | 枢转中心 |
| A | 旋转衔铁102的运动 |
| B | 促动解扣杆60的第二端部的运动 |
| C | 释放连杆50的第一端部的运动 |
| D1 | 主杠杆20的旋转运动 |
| D2 | 俘获主滚轴30的运动 |
| E | 接头45与连杆40,50的第二端部的运动 |
| F | 负载，牵引连杆121的力 |
| FN | 可释放的锁止装置的保持力 |
| G | 牵引连杆121的旋转运动 |
| H | 主杠杆20的运动 |
| I | 解扣杆60的第一端部的运动 |
Claims (7)
1. 一种用于主驱动装置(120)的机械闭锁装置(1)，其带有在罩壳(9)之内的持久地联结的四闩闭锁机构，
带有第一连杆(20)，其带有通过第一接头(25)与所述罩壳(9)相连接的底端部和通过第二接头(35)与第二连杆(40)的第一端部相连接的顶端部，
带有第三接头(45)以用于将所述第二连杆(40)的第二端部与第三连杆(50)的第二端部连接，
其中，所述第三连杆(50)的第一端部与解扣装置相互连接，并且，所述第三连杆(50)的枢转中心通过第四接头(55)与所述罩壳(9)相连接，
其中，所述第二接头(35)、所述第三接头(45)和所述第四接头(55)近似地位于一条直线上，并且
其中，在所述第一接头(25)的方向上垂直于所述直线以限定的偏差(d1)邻近所述第二接头(35)将所述主驱动装置(120)的牵引连杆(121)的负载(F)施加到第一连杆(20)的顶端部处。
2. 根据权利要求1所述的机械闭锁装置，其特征在于，在所述主驱动装置(120)的牵引连杆(121)和所述第一连杆(20)的顶端部之间插入俘获主滚轴(30)。
3. 根据权利要求2所述的机械闭锁装置，其特征在于，所述俘获主滚轴(30)通过实施在壳板(10)中的槽(13)被引导/松动地联结。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，终端止动栓(70)限制所述第三连杆(50)的运动的自由并且为用于中性位置的止动部。
5. 根据权利要求1-3中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，位于促动解扣杆(60)的第二端部处的锁止闭锁部(62)锁止在所述第三连杆(50)的第一端部处的锁止闭锁部(51)。
6. 根据权利要求5所述的机械闭锁装置，其特征在于，解扣杆回位弹簧(61)将所述促动解扣杆(60)推到中性位置中。
7. 根据权利要求1-3中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，主杠杆回位弹簧(80)将所述第一连杆(20)推到中性位置中。
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