CN103227079B - 用于电开关装置的开关单元和电开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电开关装置、特别是用于断路器的开关单元（20），其中所述开关单元（20）的手柄（22）和手柄弹簧（29）是如此设计的，即当开关单元（20）的开关杆（32）从接通位置运动到断路位置（T）、和/或从断路位置（T）运动到复位位置（R）中时，手柄弹簧（29）通过与手柄（22）的侧表面（37）的接触发生弯曲。此外，本发明还涉及一种具有至少一个这种类型的开关单元（20）的电开关装置、特别是断路器。

Description

用于电开关装置的开关单元和电开关装置

技术领域

本发明涉及一种电开关装置、特别是一种断路器，以及一种紧凑断路器。

背景技术

电开关装置、例如断路器的任务是：当出现一定故障时使一个或者一些消耗器与供电网分离。通常的故障是出现短路电流，所以传统的方式是将断路器设计成在这种短路电流时使开关单元运动，并且如此地使消耗器和供电网之间的连接脱开。

在这种类型电开关装置断开之后，使电开关装置的开关单元复位。这就是说，开关单元借助于回转杆从断路（TRIP）位置运动到复位（RESET）位置。这种复位过程是电开关装置的开关过程的一部分，因此在开关装置断开之后要求通过复位过程使开关装置复位，为的是紧接着能接通所述开关装置。

在复位过程期间、也就是开关装置的回转杆从断路位置运动到复位位置期间，将电开关装置的开关单元的手柄朝向开关单元的张紧杆的方向压紧的弹簧部件被张紧。需要这么做，因为需要大的力量，为的是在电开关装置的接通期间闭合电开关装置的触点。

在复位过程期间的主要问题之一是：开关单元的一些部件的摩擦、特别是在释放机构（Auslösemechanismus）、尤其是释放轴（Auslösewelle）和手柄的一些表面之间的摩擦。它们在复位过程期间、也就是开关单元从断路位置运动到复位位置期间被此处于接触之中。例如当在手柄和释放机构之间的摩擦太大，就会出现所述手柄不能从释放机构的接触表面上滑落下来并且因此就不能偏转的情况。在这种情况中，手柄就不能运动，或者不能复位，并且电开关装置、例如紧凑断路器在复位过程之后不能接通。当手柄不能从释放机构、特别是释放轴的接触表面脱开时，开关单元就不能按规定复位，这样，在电开关装置或者电开关装置的开关单元的紧接着的接通期间，手柄就不能将开关单元的张紧杆保持在复位位置中，并且因此所述开关单元就不能进入到接通位置中，而是进入到断路位置中。

直到现在，在西门子股份公司的Modeion-3VT1断路器中采用下述措施解决了这一问题。在图1中以简图示出了这种已公开的断路器的开关单元的一部分。在这个图1中所述断路器已断开或者说已经被触发，也就是说它处于断路（TRIP）位置中。断路器的操作人员可通过操作所述张紧杆5使断路器的开关单元复位。这个开关单元具有手柄2和释放机构1。手柄2和释放机构1可回转地、例如可旋转地支承在断路器的侧壁10上。一手柄弹簧9被张紧在手柄2和释放机构1之间，所述手柄弹簧9给手柄2、也给释放机构1施加需要的转矩。由手柄弹簧9施加的力、或者由手柄弹簧9施加的转矩在释放机构1和手柄2之间产生接触力和摩擦力。在复位过程期间应该保证：在手柄2和释放机构1之间的摩擦力不妨碍所述手柄2朝开关单元的张紧杆5的方向偏转或者转动。为了跳到张紧杆5上，手柄2必须偏转或者转动。当操作人员放弃在复位位置中对张紧杆5的控制时，弹簧部件、特别是还有手柄弹簧9给开关单元产生一种转矩，这个转矩使张紧杆5产生偏转，由此所述张紧杆5、特别是张紧杆5的接触表面7就与手柄2相接触，也就是与手柄2的接触表面8相接触。然后手柄2发生偏转，并且通过释放机构1的接触表面6停在复位位置中。在到达开关单元的复位位置之后，就可接通所述断路器。为了实施所述接通，在手柄2、也就是手柄2的接触表面8和释放机构1、也就是释放机构1的接触表面7之间的摩擦转矩必须比为了使得手柄2朝向所述张紧杆2的方向旋转所提供使用的摩擦转矩要小。这在Modeion-3VT1断路器中是通过手柄2和释放机构1的不同部件的不同的时间上的过程得到保证的。手柄2具有带有斜面12的弯曲部位11。相应地，释放机构1具有附加的钩3。这两个部件或者表面12、3在复位过程期间进行接触，主要是为了减小摩擦力；并且此外当断路器接通时，保护所述释放机构1和手柄2的敏感的表面、特别是与张紧杆5保持接触的手柄2的接触表面4；并且当断路器释放或者说断开时，它们必须完成它们的功能。为了使得释放机构1运动，设置附加的钩3或者附加的表面，所述钩/表面与手柄2相接触，并且因此使这个手柄转动起来。通过这一措施，防止所述手柄2的接触表面12与释放机构1的角部相接触。相应地，在这两个部件之间不出现摩擦，这意味着，为了使释放机构1运动，所需要的力较小。

Modeion-3TV1断路器的缺点是，为了保证开关单元的功能性，需要附加的部件、例如释放机构1的钩3和手柄2的弯曲部位11。特别是这些附加部件的成本高。一方面需要更多的材料，另一方面这些部件需要高精度地制造，并且需要相互校准，以保证开关单元的功能性，并且因此保证断路器、特别是断路器的开关单元的复位过程的功能性。

发明内容

因此本发明的任务是，提供一种用于电开关装置的、特别是一种断路器的开关单元以及一种电开关装置、特别是一种断路器，它们可以简单并且成本有利地进行制造，并且能使电开关装置简单和可靠地复位。特别是应防止由于出现的摩擦力而使开关单元的、或者电开关装置的复位过程不能进行。

这个任务通过具有权利要求1特征的用于电开关装置的开关单元并且通过具有权利要求6特征的电开关装置得以完成。由从属权利要求、说明书和附图可得到本发明的其它特征和细节。在这种情况下，涉及根据本发明的开关单元所描述的特征和细节当然也与根据本发明的电开关装置有关，并且反之亦然，因此，有关本发明的单个方面的公开内容总是相互引用，或者可以相互引用。

根据本发明的第一方面，所述任务通过一种用于电开关装置、特别是断路器、例如紧凑断路器的开关单元得以完成，它具有下述部件：

- 用于使得电开关装置的至少一个运动触点与至少一个固定触点得以连接和分开的开关机构，所述开关机构具有可围绕着位置固定的张紧杆轴线旋转地支承的张紧杆，至少一个在张紧杆上移动地支承的翻转杆，和用于使得所述运动触点进行运动的铰链机构，其中，用于使得运动触点运动的张紧杆通过铰链机构与这个翻转杆作用连接，

- 用于使张紧杆啮合和脱扣的手柄，

- 用于通过开关机构手动地使得运动触点连接和分开的、可围绕着位置固定的支承轴回转的开关杆，其中，该开关杆可手动地在断开位置和接通位置之间回转，以及手动地或者自动地在断路（TRIP）位置和复位位置之间回转，

- 张紧辊，所述张紧辊通过开关杆可如此地被驱动，即当开关杆运动时所述张紧辊通过沿着张紧杆的张紧轮廓的滚动而与张紧杆作用接触，以使张紧杆偏转，

-可围绕着旋转轴线旋转地支承的释放机构，所述释放机构通过释放机构的至少一个释放接触表面在开关单元的断路位置中与手柄的手柄接触表面可松开地作用接触，

- 手柄弹簧，所述手柄弹簧设置在手柄和释放机构之间，并且所述手柄弹簧至少在断路位置中将手柄和释放机构彼此张紧。

此外，所述开关单元的特征是，手柄和手柄弹簧是如此设计的，即当开关杆从接通位置运动到断路位置中时和/或从断路位置运动到复位位置中时，手柄弹簧通过与手柄的侧表面的接触而弯曲。

如此设计的用于电开关装置、特别是用于断路器的开关单元可简单和成本有利地制造，并且能使电开关装置简单和安全地复位。开关单元的这种专门设计可防止：由于在手柄和释放机构之间出现的摩擦力而使开关单元的、并且因此使电开关装置的复位过程不能进行。通过开关单元的手柄和手柄弹簧的专门设计，保证了在复位期间、也就是在开关杆从断路位置偏转到复位位置中期间将附加的转矩从手柄弹簧施加到手柄上并施加到释放机构上，其中，这个附加的转矩是通过手柄弹簧的弯曲、通过在进行复位时与弹簧相接触的手柄的侧表面所产生的。

可如此地设计所述手柄和手柄弹簧，即在开关杆从断路位置运动到复位位置期间，手柄弹簧与手柄的侧表面相接触，并且因此发生弯曲。优选地如此地设计所述手柄和手柄弹簧，即已在开关杆从接通位置运动到断路位置中时，所述手柄弹簧就已经和手柄的侧表面相接触，并且因此发生弯曲。通过这一措施保证，已在复位过程开始时就有附加的力并且因此有附加的转矩施加到手柄上或者施加到释放机构上，这样，它们就如此地被移动，即手柄的手柄接触表面安全地由释放机构的释放接触表面滑动。附加的力或者附加的转矩的意思是：通过手柄弹簧的弯曲有一种另外的力从手柄弹簧施加到手柄上或者施加到释放机构上，这种力是对手柄弹簧的法向力的一种支持，也就是说是这样一种力，即当这个手柄弹簧不弯曲而仅仅是张紧时，手柄弹簧将这种力施加到手柄上或者施加到释放机构上。在这种情况下，这种通过手柄弹簧的弯曲而附加地出现的转矩是如此地大，即所述转矩和下述转矩一起——该转矩是手柄弹簧由于它设置在释放机构和手柄之间而施加到手柄或者释放机构上的——超过在手柄和释放机构之间的摩擦力、也就是超过在释放机构的释放接触表面和手柄的手柄接触表面之间的摩擦力，并且因此手柄朝张紧杆方向转动，以达到复位位置。与现有技术的已描述的开关单元相比较，用于电开关装置的这种类型的开关单元更加简单。在开关单元的手柄和释放机构上不需要附加的部件。通过此措施也可成本更加有利地制造所述开关单元，因为手柄所需材料更少。与根据现有技术的开关单元相比较，在开关单元的这种方案中能够以不必那么高的精确度来制造所述手柄和释放机构，因为在这些部件之间不需设置太多的接触表面。

与已述的现有技术的开关单元相比较，通过根据本发明的开关单元可以为开关单元的释放提供至少相同大小的力，但也可提供更大的力，以便在复位过程中使手柄转动。与已经描述的现有技术相比较，为了实现所述复位过程，在手柄和释放机构上不需要新的或者附加的部件。只是如此地将手柄弹簧设置到手柄上，即当手柄作一定的运动时手柄弹簧与手柄相接触，致使手柄弹簧由于手柄而发生弯曲。

原则上讲，手柄弹簧可以不同类型地进行设计。特别优选的是一种开关单元，在这种开关单元中将手柄弹簧设计为拉力弹簧。有利的是，手柄弹簧的第一端部设置在手柄的下述侧面上，即手柄用开关单元的一侧壁回转运动地或者旋转运动地支承在这个侧面上。设计为拉力弹簧的手柄弹簧的第二端部设置在释放机构上，所述释放机构尤其是一种释放轴。在这种情况中，设计为拉力弹簧的手柄弹簧可以具有英国的或者德国的固定钩。

根据本发明的一种特别优选的改进方案，在开关单元中如此地规定：将设计为拉力弹簧的手柄弹簧的直径如此大地进行尺寸设计，即当开关杆从接通位置运动到断路位置中和/或从断路位置运动到复位位置中时，手柄弹簧通过与手柄的侧面的接触而发生弯曲。特别是，所述拉力弹簧的部分弹簧圈与手柄的朝向手柄弹簧第一端部的侧表面相接触。

根据本发明的一种优选的改进方案，在开关单元中可以规定，释放机构的释放接触表面设置在释放机构的凸起上，并且手柄的手柄接触表面通过凹槽、特别是空隙形成在手柄中，其中，在断路位置中所述释放机构的释放接触表面至少部分地摩擦适配地贴靠在手柄的手柄接触表面上。释放机构有利地具有围绕着该释放机构的旋转轴线可转动的基本体，在所述基本体上设置有凸起。手柄接触表面通过凹槽、特别优选地通过空隙、特别是有棱角的空隙形成在手柄中。在这种情况中，手柄接触表面有利地朝手柄的纵向延伸部倾斜地、特别是倾斜90°地形成在这个手柄上。在断路位置中，释放机构的凸起的释放接触表面至少部分地摩擦配合地贴靠在手柄的手柄接触表面上。所述摩擦配合是通过在这种断路位置中手柄弹簧的预紧所产生的。通过在断路位置中手柄弹簧的弯曲来保证：当开关杆从断路位置运动到复位位置中时、也就是在开关单元的复位过程期间，手柄接触表面和释放接触表面彼此滑动，以便将手柄由释放机构释放出来。这得到由于手柄弹簧的弯曲所施加的附加力的支持。

根据本发明的第二方面，所述任务通过一种电开关装置得以完成，所述电开关装置具有至少一个按照本发明的第一方面所述的开关单元。对于根据本发明的第一方面的开关单元所述的所有优点因此对于具有这种类型的开关单元的根据本发明的电开关装置来说当然也可得出。

优选地，所述电开关装置是一种断路器、特别是一种紧凑型断路器。断路器特别是电磁自动开关。它们特别地可用作对于电路进行保护以防止短路和/或过载的电力保护开关。也广泛地用作电动机保护开关。通过将电开关装置设计为断路器、特别是紧凑型断路器，这种电开关装置可以广泛地应用在电应用方面。

附图说明

下面借助附图对于根据本发明的用于电开关装置的开关单元和它的优点进行更加详细的说明。这些附图分别是：

图1：根据现有技术的用于断路器的开关单元的截面图，

图2：用于电开关装置的开关单元的部分截面图，其中，根据按照本发明的构造原理形成所述开关单元，并且该开关单元位于断路位置中，

图3：根据图2的开关单元位于复位位置中，并且

图4：根据图2的开关单元位于复位位置中，在此复位位置中可接通电开关装置。

附图标记表

现有技术：

1 释放机构或者说触发机构

2 手柄

3 钩

4 手柄的接触表面

5 张紧杆

6 释放机构的接触表面

7 张紧杆的接触表面

8 手柄的接触表面

9 手柄弹簧

10 断路器的侧壁

11 手柄的弯曲部位

12 手柄的弯曲部位上的斜面；

本发明：

20 开关单元

21 释放机构或者说触发机构

22 手柄

23 释放机构的第二接触表面

24 翻转杆

25 张紧杆

26 释放机构的释放接触表面

27 翻转杆的接触表面

28 手柄的手柄接触表面

29 手柄弹簧

30 侧壁

31 手柄的第二接触表面

32 开关杆

33 张紧辊

34 翻转杆的张紧轮廓

35 连杆导向装置

36 支承部件

37 手柄的侧表面

38 手柄的第一端部

39 释放机构的凸起

40 手柄中的凹槽/空隙

(T) 断路位置

(R) 复位位置。

具体实施方式

正如在说明书背景技术部分中所提到的那样，在图1中示出的是西门子股份公司的Modeion-3VT1断路器的开关单元，这个断路器示出了根据本发明的开关单元的现有技术。

具有相同功能和作用方式的部件在图2到图4中分别使用相同的附图标记。

图2以简图示出了根据按照本发明的构造原理设计的开关单元20的部分截面简图。开关单元20可应用在电开关装置中，特别是应用在断路器、例如紧凑断路器中。开关单元20具有用于将至少一个运动触点与电开关装置的至少一个固定触点连接并且分开的开关机构。该开关机构具有可围绕着位置固定的张紧杆轴线旋转地支承的张紧杆25、在张紧杆25上移动地支承的翻转杆24以及用于使得所述运动触点发生运动的铰链机构。为了使得所述运动触点进行运动，所述张紧杆25通过未详细示出的铰链机构与其作用连接。可以规定将张紧杆25支承在张紧杆25的未示出的端部上，或者支承在张紧杆25的中间区域中。此外，开关单元还具有用于使张紧杆25啮合和脱扣的手柄22。这就是说，手柄22用于与张紧杆25共同作用，以便将张紧杆保持在接通位置中。此外，开关单元还包括用于通过开关机构手动地连接和分开运动触点的、可围绕着位置固定的支承轴线回转的开关杆32，其中，所述开关杆可手动地在断开位置和接通位置之间回转，以及手动或者自动地在断路位置T和复位位置R之间回转。所述开关杆可由电开关装置的操作人员抓住，以便手动地使该开关杆在断开-和接通位置之间进行转换。此外，开关杆32可通过操作人员抓住，以便将该开关杆32从断路位置T转换到复位位置R，为的是使开关单元20复位。

此外，开关单元还具有张紧辊33，所述张紧辊通过开关杆32可如此地被驱动，即当开关杆32运动时所述张紧辊33通过沿着张紧杆25的张紧轮廓34的滚动与张紧杆25作用接触，以使张紧杆25偏转。这就是说，张紧辊33贴靠在张紧杆25的张紧轮廓34上，所述张紧辊通过开关杆32可如此地被驱动，即当开关杆32运动时这个张紧辊33沿着张紧杆25的张紧轮廓34滚动，并且通过此措施使张紧杆偏转。有利的是，张紧辊33旋转运动地设置在开关杆32上。在由于张紧辊33在张紧杆25的张紧轮廓34上的滚动而使张紧杆25运动时，开关机构的张紧部件、特别是弹簧（该弹簧未被示出）被张紧或者变得松弛。这就是说，根据张紧辊33沿着张紧杆24的张紧曲线34朝哪个方向滚动，而将张紧部件张紧或者使其松弛。

此外，开关单元还具有可围绕着旋转轴线旋转地支承的释放机构21，所述释放机构通过至少一个释放接触表面26在开关单元20的断路位置T中与手柄22的手柄接触表面28可松开地作用接触。开关单元20的手柄弹簧29设置在手柄22和释放机构21——它也叫做落扣（Fallschloss）之间。在图2中示出的开关单元20的断路位置T中设计为拉力弹簧的手柄弹簧29是伸开的，这样，这个手柄弹簧就将手柄22和释放机构21彼此张紧。手柄22和手柄弹簧29是如此设计的，即当开关杆32从接通位置运动到断路位置T时所述手柄弹簧29通过与手柄22的侧表面37的接触而发生弯曲。在图2中示出了这一情况。设计为拉力弹簧的手柄弹簧29的区域通过手柄弹簧29对于手柄22的相对运动而贴靠在手柄22的侧表面37上，通过此措施使得手柄弹簧29发生弯曲。所述弯曲的手柄弹簧29将力F施加到手柄22上，或者说将转矩施加到手柄22上，这个手柄除了手柄弹簧29的正常的张紧力以外还负责：在复位过程中、也就是在开关单元20从断路位置T转换到在图3中示出的复位位置R的过程中施加这种力。通过这种由于手柄弹簧29的弯曲而施加到手柄22或者释放机构21上的附加的力来保证：释放机构21的释放接触表面26和手柄22的手柄接触表面28在复位过程期间可靠地彼此滑动。

在图2中，电开关装置的开关单元20是断开的或者说是触发的。为了实施所述复位过程，开关单元20或者电开关装置的操作人员偏转所述开关杆22。在这过程中，他控制所述张紧杆25的张力。在断路位置T中，手柄弹簧29在手柄22和释放机构21之间被张紧，通过这一措施使得所述手柄弹簧朝一定方向施加手柄22所要求的转矩，并且也施加释放机构21所要求的转矩。手柄弹簧29的转矩在手柄22和释放机构21之间产生一定的接触力或者摩擦力。在复位过程期间必须保证：在手柄22、也就是手柄22的手柄接触表面28和释放机构21、或者说释放机构21的释放接触表面26之间的这种摩擦力或者接触力不会妨碍手柄22朝向张紧杆25的方向的转动。手柄22在复位期间必须转动，为的是跳到翻转杆24上，也就是作用地到达所述翻转杆24的接触表面27上。在图3中示出了开关单元20的这种复位位置R。当操作人员释放复位位置R中的开关杆32时，他同时也释放对于张紧杆25的控制。手柄弹簧29和未示出的弹簧部件—所述弹簧部件对张紧杆25施加作用—引起张紧杆25转动。翻转杆24或者说翻转杆24的接触表面27与手柄22的第二接触表面31达到相互作用。当手柄22转动并且在复位位置R中通过释放机构21的第二接触表面23停止时，开关单元处于这样一种状态中：即这种状态允许接通所述电开关装置。在图4中示出了开关单元20的这种状态，其中可以接通开关单元20或者电开关装置。

开关单元20的翻转杆24在连杆导向装置35中并且在支承部件36上可相对于张紧杆25运动。

开关单元20的前面所描述的实施形式只是在一个实例的框架内描述了本发明。当然也可以设想所述开关单元20的其它一些实施形式。

前述开关单元的实施形式只是在一个实例的框架内对本发明进行了说明。

Claims (9)

1.用于电开关装置的开关单元（20），具有：

— 用于使得至少一个运动触点与电开关装置的至少一个固定触点得以连接和分开的开关机构，所述开关机构具有能围绕着位置固定的张紧杆轴线旋转地支承的张紧杆（25）、至少一个在张紧杆（25）上移动地支承的翻转杆（24）、和用于使得所述运动触点进行运动的铰链机构，其中，用于使得运动触点运动的张紧杆（25）通过铰链机构与其作用连接，

— 用于使张紧杆（25）啮合和脱扣的手柄（22），

— 用于通过开关机构手动地使得运动触点连接和分开的、能围绕着位置固定的支承轴线回转的开关杆（32），其中，该开关杆（32）能手动地在断开位置和接通位置之间回转，以及手动地或者自动地在断路位置（T）和复位位置（R）之间回转，

— 张紧辊（33），所述张紧辊通过开关杆（32）能如此地被驱动，即当开关杆（32）运动时张紧辊（33）通过沿着张紧杆（25）的张紧轮廓（34）的滚动而与张紧杆（25）作用接触，以使张紧杆（25）偏转，

— 能围绕着旋转轴线旋转地支承的释放机构（21），所述释放机构通过释放机构（21）的至少一个释放接触表面（26）在开关单元（20）的断路位置（T）中与手柄（22）的手柄接触表面（28）能松开地作用接触，

— 手柄弹簧（29），所述手柄弹簧设置在手柄（22）和释放机构（21）之间，并且所述手柄弹簧至少在断路位置（T）中将手柄（22）和释放机构（21）彼此张紧，

其特征在于，

手柄（22）和手柄弹簧（29）是如此设计的，即当开关杆（32）从接通位置运动到断路位置（T）中和/或从断路位置（T）运动到复位位置（R）中时，手柄弹簧（29）通过与手柄（22）的侧表面（37）的接触而发生弯曲。

2.按照权利要求1所述的开关单元，其特征在于，将手柄弹簧（29）设计为拉力弹簧。

3.按照权利要求2所述的开关单元（20），其特征在于，将设计为拉力弹簧的手柄弹簧（29）的直径如此大地设定尺寸，即当开关杆（32）从接通位置运动到断路位置（T）中时和/或从断路位置（T）运动到复位位置（R）中时，使手柄弹簧（29）通过与手柄（22）的侧表面（37）的接触而发生弯曲。

4.按照前述权利要求中的至少任一项所述的开关单元（20），其特征在于，手柄弹簧（29）的第一端部（38）在手柄（22）的下述侧面上施加作用：即在这一侧面上手柄（22）能回转或能旋转运动地支承在开关单元（20）的侧壁（30）上。

5.按照前述权利要求1-3中的任一项所述的开关单元（20），其特征在于，释放机构（21）的释放接触表面（26）设置在释放机构（21）的凸起（39）上；并且手柄（22）的手柄接触表面（28）通过凹槽（40）形成在手柄（22）中，其中，在断路位置中释放机构（21）的释放接触表面（26）至少部分地摩擦配合地贴靠在手柄（22）的手柄接触表面（28）上。

6.按照权利要求1所述的开关单元，其中，所述电开关装置是断路器。

7.按照权利要求5所述的开关单元，其中，所述凹槽（40）是空隙。

8.电开关装置，具有至少一个按照前述权利要求中的任一项所述的开关单元。

9.按照权利要求8所述的电开关装置，其特征在于，该电开关装置是一种断路器。

10. 按照权利要求9所述的电开关装置，其中，所述断路器是一种紧凑断路器。