CN103295851A

CN103295851A - 用于断路器的锁扣装置

Info

Publication number: CN103295851A
Application number: CN2013100652458A
Authority: CN
Inventors: T.邦克; S.皮尔克
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: CN103295851B; EP2634788B1; EP2634788A1; US9099259B2; DE102012203295A1; US20130228430A1

Abstract

本发明涉及一种断路器，所述断路器具有锁扣装置（1），所述锁扣装置具有用于打开和关闭与张紧元件（4）有效连接的开关触点的开关机构（2）和脱扣机构（3），通过所述脱扣机构基于脱开信号可如此将所述张紧元件（4）从张紧状态转换到至少在很大程度上不张紧的状态，从而由此打开所述开关触点，其中，所述张紧元件（4）间接地耦合到张紧杆（5）上，所述张紧杆具有止挡面，在所述张紧元件（4）的张紧状态中，所述脱扣机构（3）的止动销（8）贴靠在所述止挡面上。本发明的特征在于，所述止挡面（13）朝向所述止动销（8）凸起，并且相对于所述张紧杆（5）可移动地布置。

Description

用于断路器的锁扣装置

技术领域

本发明涉及一种具有锁扣装置的断路器。这种类型的锁扣装置具有用于打开和关闭与张紧元件共同作用的开关触点的开关装置和脱扣机构，通过所述脱扣机构基于脱开信号所述张紧元件可从张紧状态转换到至少在很大程度上不张紧的状态。

背景技术

断路器是一种通常设计用于强电流的专门的开关。这种开关不仅能接通运行电流和较小的过载电流，而且在出现故障时也能接通较高的过载电流和短路电流，这种故障电流保持规定的时间并且重新断开。按照实施方式，断路器构造为单极的和多极的。

这种的断路器通常具有所谓的锁扣装置，在出现无意的运行状态时、特别是在短路时，这种锁扣装置引起电路的断开。

锁扣装置是一种优选能够切断电路的机械装置。为此为了打开开关触点通常释放被张紧的弹簧的力，所述弹簧在接通时通过张紧机构被张紧。典型的脱开条件（Auslösekriterium）是可预先设定电流强度的电流，通过这种电流借助电磁铁或者加热的双金属片脱开锁定（Arretierung）。

断路器的锁扣装置具有两个主要的区域。一方面设置开关机构，通过所述开关机构施加弹力，以实现电开关触点的打开和关闭。另一方面这种的锁扣装置具有脱扣机构，当达到脱开条件时脱开存储在开关机构的弹簧中的能量，通过这一措施脱开锁扣装置，并且打开电动开关触点。

由现有技术已知的锁扣装置存在的问题是多方面的，即设置在脱扣机构内部的止动销在锁定状态中与和弹簧有效连接的张紧杆的外轮廓的平坦表面接触。因为在断路器运行期间按照这种方式止动销一再接触张紧杆的止挡面的同一区域，在此随着运行时间的增加会出现磨损。由于在止挡面上的这种磨损，法向力的方向发生变化，并且因此通过止动销引入到张紧杆的止挡面中的转矩发生变化。而在这个区域中转矩提高又造成了脱开锁扣装置所需的力的提高。虽然可以考虑通过应用高硬度的材料，或者通过使用表面处理的方法来减小磨损，然而这种做法会提高相应构件的制造成本。另一种减小止挡面的磨损办法是，在止动销和张紧杆止挡面之间实现全表面支承。然而这种做法的缺点是法向力的杆力臂、也就是法向力矢量与止动销的、引入力的区域之间的间距会发生变化，这会导致用于脱开锁扣装置所需的力的波动。

发明内容

从用于断路器的、由现有技术公开的锁扣装置以及所描述的问题出发，本发明的任务是，如此改进锁扣装置的脱扣机构，从而在有限的结构空间中将开关机构的力减小一个尽可能大的因数。其中，有待给出的脱扣机构的特征在于较高的起动可靠性（Loslaufsicherheit）。所述起动可靠性主要是通过脱扣机构内部的较小摩擦得到保证。对于较高的起动可靠性来说重要的是，一方面脱开力不能过大；并且另一方面在锁扣装置的较长时间运行之后脱开力也能接近保持恒定。特别是应该保证锁扣装置的断开能够与开关机构中的力无关。此外应如此设计脱扣机构，从而锁扣装置既可用于在开关机构中只出现较小力的单极开关中，也可用于在开关机构中具有较大力的多极开关中。

上述任务利用具有按照权利要求1所述的锁扣装置的断路器来解决。本发明的有利的实施方式是从属权利要求的主题，在下述说明中部分地参考附图进行更为详细的解释。

本发明涉及一种具有锁扣装置的断路器，所述锁扣装置一方面具有用于打开和关闭与张紧元件有效连接的开关触点的开关机构，并且另一方面具有脱扣机构，通过所述脱扣机构基于脱开信号能够如此将张紧元件从张紧状态转换到至少在很大程度上不张紧的状态，从而由此打开开关触点。所述张紧元件耦合到张紧杆上，所述张紧杆被锁定，方法是脱扣机构的止动销贴靠在张紧杆的止挡面上，并且阻止所述张紧杆的运动，从而弹簧元件保持在张紧状态之中。根据本发明如此改进所述锁扣装置，即止挡面凸起地构造，并且相对于张紧杆可移动地布置。止挡面的具有朝向止动销凸起的外轮廓的实施方式在同时可移动地支承止挡面时在此具有如下优点：在止动销与张紧杆之间不存在平坦的止挡面，所述止动销在锁扣装置脱开时相对摩擦较少地在止挡面上运动，并且因此最小化磨损的产生。特别是通过这种方式可以保证，止动销与止挡面的不同区域接触，并且优选在止动销与止挡面之间只形成滚动摩擦。

在本发明的一种专门的实施方式中，滚轮的外圆周面形成止挡面。所述滚轮优选可转动地支承在张紧杆上。在锁扣装置的锁定状态中，止动销的端部接触止挡面、也就是说接触滚轮的外圆周面。只要所述锁扣装置脱开，止动销就如此运动，从而通过所述销引入到张紧杆的滚轮中的力减小，从而所述张紧杆最终处于运动状态，并且止动销的端部在滚轮的外圆周面上滚动。在此产生的摩擦最小。

脱扣机构的上述滚轮的支承部优选能够以两种不同的方式实现。在本发明的第一种专门的改进方案中，张紧杆单部件地构造，并且滚轮借助支承销可转动地支承在合适的空隙中。而在一种替代的设计方案中规定，所述张紧杆多部件地构造，其中特别是设置两个平面平行地布置的金属板，所述金属板以合适的方式设计轮廓，并且滚轮可围绕支承销转动地支承在这些金属板之间。

根据本发明的另一种专门的实施方式可以考虑，止挡面和/或止动销的自由端部设有表面涂层。优选这种涂层具有较高的耐磨性，或者保证在止动销的端部和止挡面之间的摩擦至少最小化。只要设置滚轮，且所述滚轮的外圆周面形成止挡面，那么该滚轮或者能够构造为金属板滚轮，或者能够构造为塑料滚轮（陶瓷材料等）。优选将滚轮制造作为转动部件。

根据本发明构造的销扣机构的特征主要在于，在脱扣机构中设置有朝向止动销的自由端凸起并且相对于张紧杆可移动布置的止挡面。优选在锁扣装置处于锁定状态时，滚轮与止动销的端部啮合，所述滚轮的外圆周面形成止挡面。在此，根据本发明的技术方案的特征在于，虽然结构尺寸相对较小，但是用于脱开锁扣装置所需的脱开力最小。因此，根据本发明构造的锁扣装置同样既能够用于单极开关，也能够用于三极或者四极开关。究其原因主要是脱扣机构的功能至少在很大程度上与开关机构中的力无关。

通过可在张紧杆上的移动的止挡面、优选通过滚轮相对于已知的技术方案减小了在止动销从张紧杆上滑下来时产生的摩擦。基于简化的考虑，在这种情况下能够从如下所述出发，即将摩擦的影响减小一个因数R/r，其中，R表示滚轮半径而r表示滚轮轴承半径。如果例如滚轮外半径为5.4cm而滚轮轴承半径1.7cm，那么由此得出因数3.18，也就是说摩擦阻力明显地减小。通过摩擦影响的这种强烈的最小化一方面提高了锁扣装置的起动可靠性，并且另一方面能够如此匹配脱扣机构中的杆传动比，从而从开关机构到脱扣机构的脱开轴的力的下降很大，进而为了脱开锁扣装置仅需要很小的力。

附图说明

下面借助实施例，并参考附图对本发明进行更加详细解释，但是这不构成对本发明构思的限制。附图示出：

图1是断路器的锁扣装置的透视图；

图2至图5是断路器的锁扣装置在接通位置中的四个不同视图；

图6是在脱开过程中断路器的锁扣装置的侧视图；

图7和图8是在脱开状态（脱扣位置）中断路器的锁扣装置的侧视图；

图9至图11是由现有技术已知的啮合机构与根据本发明设计的啮合部的细节对比视图；

图12是具有滚轮的张紧杆的透视图；以及

图13是滚轮的透视图。

具体实施方式

图1示出了断路器的锁扣装置1的透视图。在此所示出的锁扣装置1具有两个主要的组件，即一方面具有开关机构2并且另一方面具有脱扣机构3。通过所述开关机构2，断路器的电开关触点如此与用作能量存储器的弹簧4有效连接，从而在接通触点时弹簧4被张紧，并且当脱开锁扣装置1时释放存储在弹簧4中的能量，从而通过作用到触点上的弹力将触点打开。

为了一方面能将弹簧4可靠地保持在张紧状态中，并且另一方面也能保证锁扣装置的快速脱开，设置脱扣机构3。

通过张紧杆5构成在开关机构2与张紧弹簧4和脱扣机构3之间的连接部。根据需要可通过脱扣机构3锁定或者脱开所述张紧杆。只要张紧杆5被脱扣机构3释放，则弹簧4松弛，并且电动开关触点被打开。

脱扣机构3的主要构件是塞孔弹簧（Klinkenfeder）10，所述塞孔弹簧如此作用到止动销8上，从而止动销8的端部朝向张紧杆5的、为此设置的止挡面移动，以锁定张紧杆5。此外，在脱扣机构3中还设置脱开轴9。在达到脱开条件时，特别是只要在开关中的电流达到预先设定的电流强度，所述脱开轴就处于转动或者说摆动状态。通过脱开轴9的运动，该脱开轴如此与止动销8接触，从而止动销8也发生摆动，并且因此减小由止动销8的端部作用到张紧杆5的止挡面上的力。此外，由止动销8作用到张紧杆5的止挡面上的力的减小导致了张紧杆5的锁定脱开，弹簧4变得松弛，并且打开开关触点。下面对锁扣装置1的不同的开关状态进行详细说明。

在图2到图5中示出了处于接通位置（Ein-Position）中的锁扣装置1，所述锁扣装置的构件在图1中已进行详细说明。图2和图3示出了锁扣装置的侧视图，图4和图5示出了透视图，其中图3和图5分别示出了截面视图。在这些截面视图中，锁扣装置1沿着对称平面被分开，并且分别只示出设置在后面部分中的构件。以这种方式，在图3和图5中就可看到张紧杆5的后部的侧面部件14、支承在其上的滚轮7，以及止动销8的端部12。

在接通位置中接通开关，弹簧4被张紧，并且锁扣装置1处于锁定状态中。

此外，脱扣机构3进而锁扣装置1也处于张紧状态之中，其中，止动销8的端部12接触在止挡面13的区域中可转动地支承在张紧杆5上的滚轮7的外圆周。因此借助止动销8将张紧杆5锁定在所示的位置中，从而张紧弹簧4，并且接通电动开关触点。

在图6中示出了处于运行状态中的锁扣装置1的侧视图，在这种运行状态中所述锁扣装置是脱开的。基于脱开信号操纵脱开轴9，从而止动销8逆时针方向离开滚轮7。紧接着止动销8作用到滚轮7的止挡面13上的力减小，止动销8失去和滚轮7的接触，并且最终从滚轮7上滑落。通过释放止动销8，最后张紧杆5也逆时针方向转动或者说摆动，通过这一措施弹簧4转换到松弛状态，并且因此打开电开关触点。

图7和图8示出了当前处于脱开位置中的断路器的锁扣装置1。锁扣装置1的这种位置也被称作脱扣位置（Trip-Position）。具有在其上可转动地支承的滚轮7的张紧杆5向上转换到其端部位置中。在此所述张紧杆贴靠在支承在开关杆6中的张紧销11上。只要锁扣装置1从脱扣位置重新转换到接通位置，则关于锁扣装置1、特别是脱扣机构3必须进行复位（Reset），因此张紧脱扣机构3、在此特别是塞孔弹簧10，并且脱开轴9恢复到其起始位置。

在图9到图11中将由现有技术已知的啮合部与根据本发明构造的啮合部进行比较。为了便于说明首先再一次示出已在图3中示出的、布置在锁扣装置1的后面部分中的构件的侧视图。本发明的特征尤其在于设置在张紧杆侧的止挡面13的有利的构造。在图9到图11中分别示出了锁扣装置1的截取区段的细节示图。在此，图9到图11相应地示出了张紧杆5的、位于脱扣机构3的区域中的端部连同其止挡面13，以及与其接触的止动销8。在这种情况下，图9和图10示出了止动销8的、由现有技术已知的在张紧杆5的止挡面13上的支撑情况。与之相比，图11示出了一种根据本发明构造的啮合部，所述啮合部通过采用可移动地布置的、凸起的止挡面13实现，所述止挡面在这种情况下通过使用可转动地支承在张紧杆5上的滚轮7的外圆周面实现。

在图9中示出了由现有技术已知的啮合部，所述啮合部处于新状态。在这种情况下，在止动销8的端部12和止挡面13之间设置平坦的接触面。此外，还示出了脱开力F_Nvar的矢量，所述矢量沿法向方向、也就是垂直于止挡面13延伸，并且杆力臂h在法向矢量和点K之间围绕止动销8转动或者说摆动。

对此补充地，图10示出了在一定运行时间之后的已知的支撑情况。在此主要是，由于摩擦在止挡面13上或者说张紧杆8上、在止动销8的端部12与止挡面13之间出现一定磨损。由于这种磨损，在止挡面13的区域中张紧杆8的轮廓相对于原始状态略微磨平。通过这种由摩擦引起的张紧杆的轮廓的磨平使法向力F_Nvar的方向发生变化。由此相对于起始状态又提高了锁扣装置1的脱开力。

到目前为止上述影响只能通过使用更高硬度的并且对表面进行专门处理的材料，或者说通过使用润滑剂才能降低。然而这却提高了成本，同时对功能的可靠性和使用范围造成了限制。用于减小磨损的另一种技术方案在于全表面地支承构件。然而这种技术方案具有下述缺点：法向力的杆力臂、进而对于锁扣装置1的脱开来说所需的力会发生变化。

在图11中示出了目前锁扣装置1的啮合部（Verklinkung）的根据本发明的实施方式。当脱扣机构3处于锁定状态时，止动销8的端部12与可转动地支承在张紧杆5上的滚轮7的外圆周面啮合。使用滚轮主要有下述优点：可明显地减小支撑的构件上的磨损，通过所述滚轮实现可移动的、向外凸起的止挡面13。此外，通过支撑在滚轮7上可使形成法向力F_N的角度几乎保持恒定，从而脱开力区域相对较小，并且随着构件的使用寿命的增加也不会增大。通过由此引起的、摩擦影响的最小化，一方面提高了止动销8的起动可靠性，并且另一方面能够如此匹配脱扣机构3中的杆传动比，从而从开关机构2到脱开轴9的力的降低很大，并且因此为了脱开锁扣装置1仅需要相对较小的力。

图12示出根据本发明设计的张紧杆5的细节透视图，所述张紧杆5形成了在开关机构2的弹簧元件4与脱扣机构3之间的连接部。在此，该张紧杆5基本上两部件地构造，并且具有两个平面平行地布置的张紧杆，在此特别是两个相同的构件，在这所述构件之间还布置有其它的构件。在张紧杆5的区域中设置滚轮7，所述张紧杆在安装位置中朝向脱扣机构3，所述滚轮通过两个支承颈16可转动地支承在张紧杆5中。

补充地，在图13中示出了滚轮7。该构造为转动部件的滚轮7具有外圆周面，所述外圆周面用作止动销8的止挡面13。并且参照滚轮7的实施方式能够简化地示出，将摩擦的影响减小因数R/r，其中，R表示滚轮外半径并且r表示滚轮轴承半径。当滚轮的外半径R=5.4cm时，并且滚轮轴承半径r=1.7cm时，则产生为3.18的因数，这相当于将摩擦减小三倍多。

因此，通过设置滚轮7，并且所述滚轮的外圆周面形成用于脱扣机构3的止动销8的止挡面13能够由此以相对简单的方式实现止动销8的起动可靠性并且实现脱开力的最小化以及范围限制。

Claims

1. 一种断路器，所述断路器具有锁扣装置（1），所述锁扣装置具有用于打开和关闭与张紧元件（4）处于有效连接的开关触点的开关机构（2）和脱扣机构（3），通过所述脱扣机构基于脱开信号能够如此将所述张紧元件（4）从张紧状态转换到至少在很大程度不张紧的状态，从而由此打开所述开关触点，其中，所述张紧元件（4）耦合到张紧杆（5）上，所述张紧杆具有止挡面，在所述张紧元件（4）的张紧状态中，所述脱扣机构（3）的止动销（8）贴靠在所述止挡面上，其特征在于，所述止挡面（13）朝向所述止动销（8）凸起，并且相对于所述张紧杆（5）可移动地布置。

2. 按照权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述止挡面（13）布置在滚轮（7）的外圆周面上。

3. 按照权利要求2所述的断路器，其特征在于，所述滚轮（7）构造为金属板构件。

4. 按照权利要求1至3中任一项所述的断路器，其特征在于，所述止挡面（13）具有塑料。

5. 按照权利要求2或3所述的断路器，其特征在于，所述滚轮（7）具有塑料。

6. 按照权利要求1至5中任一项所述的断路器，其特征在于，所述张紧杆（5）具有两个侧面部件（14、15），滚轮（7）可转动地支承在所述侧面部件之间，所述止挡面（13）布置在所述滚轮上。

7. 按照权利要求1至5中任一项所述的断路器，其特征在于，所述张紧杆（5）单部件地构造并且具有空隙，在所述空隙内部，滚轮（7）设有止挡面。

8. 按照权利要求1至7中任一项所述的断路器，其特征在于，所述滚轮（7）借助一个支承销或者两个支承颈（16）支承在所述张紧杆（5）上，并且滚轮半径与支承销半径之商的值大于1.0。