CN110400717A - 开关装置 - Google Patents
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Abstract
一种开关装置,其包括框架(2)、滚动元件(4)、控制轴(6)、驱动系统和滚动弹簧(41、42)。控制轴(6)适于控制滚动元件(4)的旋转,从而使控制轴(6)从接通位置旋转至断开位置来执行打开事件,其中,滚动元件(4)从第一位置转移至第二位置。驱动系统包括致动器(8)和致动器弹簧(81、82)。驱动系统适于使滚动元件(4)在打开事件期间旋转至位于第一位置与第二位置之间的中间位置。滚动弹簧(41、42)连接在框架(2)与滚动元件(4)之间并且适于在打开事件期间使滚动元件(4)旋转至第二位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关装置。
背景技术
在文献EP1719142中描述了一种已知的开关装置的示例。
与上述已知的开关装置相关的问题中的一个问题在于,在滚动元件的对应于开关触点的接通状态的位置与对应于开关触点的断开状态的位置之间的间隙角是相对较小的,约为45°。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关装置以便解决以上问题。本发明的目的通过在下文中描述的开关装置来实现。
本发明基于提供一种具有连接在开关装置的框架与开关装置的滚动元件之间的至少一个滚动弹簧的开关装置的构思,至少一个滚动弹簧适于在打开事件期间使滚动元件从对应于接通状态的位置进一步旋转。根据本发明的开关装置的滚动元件适于在打开事件期间首先被旋转,其中,至少一个致动器弹簧通过致动器可操作地连接至滚动元件,并且随后至少一个滚动弹簧连接在框架与滚动元件之间。
本发明的开关装置的优点在于,在滚动元件的对应于开关触点的接通状态的位置与对应于开关触点的断开状态的位置之间存在大的间隙角。由于大的间隙角,本发明能够减小开关装置组件的尺寸。较大的间隙角以比小间隙角的物理尺寸更小的物理尺寸在打开的开关触点之间提供足够的间隙。
附图说明
在下文中将参照所附附图通过优选实施方式来更详细地描述本发明,其中:
图1示出了根据本发明的实施方式的开关装置;
图2示出了包括图1的开关装置和两个极模块的开关装置组件;
图3示出了图1的开关装置从一个方向的分解图;
图4示出了图1的开关装置从另一个方向的分解图;
图5示出了处于打开事件的起始位置中的图1的开关装置的机构,该位置也是闭合事件的结束位置;
图6至图8示出了在打开事件期间处于打开事件的起始位置与结束位置之间的不同位置中的图1的开关装置的机构;
图9示出了处于打开事件的结束位置中的图1的开关装置的机构,该位置也是闭合事件的起始位置;以及
图10和图11示出了在闭合事件期间处于闭合事件的起始位置与结束位置之间的不同位置中的图1的开关装置的机构。
具体实施方式
图1示出了包括驱动系统、框架2、能够相对于框架2在第一位置与第二位置之间旋转的滚动元件4以及能够相对于框架2在接通位置与断开位置之间旋转的控制轴6的开关装置。滚动元件4适于在打开事件中从第一位置转移至第二位置以将开关触点系统从接通状态转换至断开状态。控制轴6适于控制滚动元件4的旋转,从而使控制轴6从接通位置旋转至断开位置来执行打开事件。驱动系统可操作地将控制轴6连接至滚动元件4以使滚动元件4旋转。控制轴6延伸穿过框架2的上部部分21,并且适于由使用者实施旋转。控制轴6适于连接至适于由使用者操作的操作手柄(未示出)。
图2示出了包括图1的开关装置和两个极模块70的开关装置组件。开关装置组件的开关触点系统位于极模块70中。
图3示出了图1的开关装置从一个方向的分解图,并且图4示出了从另一个方向的分解图。分解图示出,驱动系统包括致动器8、两个致动器弹簧81和82、两个滚动弹簧41和42、轴凸轮65、滚动凸轮45和自由运动弹簧10。
致动器弹簧81和82中的每一者都是螺旋弹簧。致动器弹簧81和82中的每一者都连接在框架2与致动器8之间,并且都具有第一低能量位置、第二低能量位置和位于所述低能量位置之间的中间死点位置。致动器弹簧81和82中的每一者的弹簧常数都是高的。致动器弹簧81和82中的每一者都适于通过控制轴6的旋转而从第一低能量位置被转移至中间死点位置以及从第二低能量位置被转移至中间死点位置,使得将致动器弹簧81和82转移至中间死点位置所需的能量源自控制轴6的旋转。
致动器弹簧81和82中的每一者都适于在致动器第一行程事件中从中间死点位置转移至第一低能量位置。驱动系统适于通过由致动器第一行程事件输送的能量来在打开事件期间使滚动元件4朝向第二位置旋转。
致动器8适于围绕旋转轴线相对于框架2旋转,并且适于与滚动元件4协同操作以在打开事件期间使滚动元件4朝向第二位置旋转。致动器8以及致动器弹簧81和82位于框架2的下部部分22中。致动器8包括适于与设置在滚动元件4上的滚动突出部405协同操作以将扭矩从致动器8传递至滚动元件4的致动器第一突出部851和致动器第二突出部852。驱动系统适于通过致动器第一突出部851与滚动突出部405之间的机械接触来使滚动元件4在打开事件期间旋转至位于第一位置与第二位置之间的中间位置。
滚动元件4设置有包括在滚动元件4的一个轴向端部上的第一连接构件401以及在滚动元件4的另一个轴向端部上的第二连接构件402的连接系统。连接构件401和402中的每一者都适于将滚动元件4连接至相应的极模块70的滚动元件。换句话说,滚动元件4适于通过连接系统连接至开关触点系统,以使开关触点系统在接通状态与断开状态之间转换。
控制轴6的旋转轴线垂直于滚动元件4的旋转轴线。致动器8的旋转轴线与控制轴6的旋转轴线重合。控制轴6延伸穿过滚动元件4。
滚动弹簧41和42中的每一者都是螺旋弹簧。滚动弹簧41和42中的每一者都具有第一低能量位置、第二低能量位置和位于所述低能量位置之间的中间死点位置。滚动弹簧41和42中的每一者都适于在第一滚动行程事件中从中间死点位置转移至第一低能量位置。滚动弹簧41和42适于通过由第一滚动行程事件输送的能量来在打开事件期间使滚动元件4旋转至第二位置。选择滚动弹簧41和42中的每一者的弹簧常数以使得适于由滚动弹簧41和42提供给滚动元件4的扭矩小于适于由致动器弹簧81和82通过致动器8提供给滚动元件4的扭矩。
轴凸轮65从控制轴6突出。滚动凸轮45从滚动元件4突出。
滚动元件4适于在闭合事件中从第二位置转移至第一位置,以将开关触点系统从断开状态转换至接通状态。轴凸轮65适于在闭合事件期间与滚动凸轮45协同操作,以使滚动元件4从第二位置朝向第一位置旋转。驱动系统适于使得在闭合事件期间控制轴6朝向接通位置的旋转首先开始通过轴凸轮65与滚动凸轮45之间的协同操作来使滚动元件4朝向第一位置旋转,并且随后开始通过控制轴6与致动器8之间的机械接触来使致动器8旋转。
致动器弹簧81和82中的每一者都适于在致动器第二行程事件中从中间死点位置转移至第二低能量位置。驱动系统适于通过由致动器第二行程事件输送的能量来在闭合事件期间使滚动元件4朝向第一位置旋转。
控制轴6通过自由运动弹簧10连接至致动器8,使得控制轴6能够在歇止位置与接合位置之间相对于致动器8旋转,在歇止位置中自由运动弹簧10处于低能量位置中,在接合位置中自由运动弹簧10处于张紧位置中。如果控制轴6从歇止位置偏转,则自由运动弹簧10适于试图将控制轴6转移至该歇止位置。
自由运动弹簧10的弹簧常数是低的。相比于适于由控制轴与致动器8之间的自由运动弹簧10提供的扭矩,适于由致动器弹簧81和82提供给致动器8的扭矩是多倍的。
图5至图9示出了处于打开事件的不同阶段中的图1的开关装置的机构。图5示出了处于打开事件的起始位置中的机构。图6至图8示出了处于打开事件的起始位置与结束位置之间的不同位置中的机构。图9示出了处于打开事件的结束位置中的机构。除了机构本身之外,图5至图9还示出了连接至机构的滚动元件4的开关触点系统77的位置。
在图5中,控制轴6处于相对于在本文中被视为参照位置的断开位置位于顺时针90°处的接通位置中。通过滚动弹簧41和42来使滚动元件4保持在第一位置中。滚动弹簧41和42处于第二低能量位置中。致动器弹簧81和82处于第二低能量位置中。自由运动弹簧10处于低能量位置中。开关触点系统77处于接通状态下,其中,可旋转触点构件703将第一固定触点构件701导电地连接至第二固定触点构件702。
在图6中,已经使控制轴6逆时针旋转至相对于断开位置的45°位置处。控制轴6已经使致动器8旋转至使致动器弹簧81和82处于致动器弹簧81和82的中间死点位置的位置处,致动器弹簧81和82在中间死点位置中存储的能量比在第二低能量位置中存储的能量更多。致动器第一突出部851已经与滚动突出部405实现接触。滚动元件4和开关触点系统77处于与图5中的位置相同的位置中。
在图7中,已经使控制轴6逆时针旋转至相对于断开位置的30°位置处。在控制轴6已经经过45°位置之后,致动器弹簧81和82已经在致动器第一行程事件中从中间死点位置转移至第一低能量位置,并且致动器8已经通过致动器第一突出部851与滚动突出部405之间的接触来使滚动元件4朝向第二位置旋转至中间位置。致动器8已经停止旋转。滚动弹簧41和42已经到达其中间死点位置。自由运动弹簧10处于靠近张紧位置的位置中,并且控制轴6相对于致动器8处于靠近接合位置的位置中。
在开关触点系统77中,在第一固定触点构件701与可旋转触点构件703之间以及在第二固定触点构件702与可旋转触点构件703之间存在摩擦。致动器弹簧81和82的高弹簧常数确保克服摩擦并且确保致动器第一行程事件能够使滚动元件4旋转远离第一位置。此外,致动器弹簧81和82的高弹簧常数确保在打开事件期间滚动元件4的角速度是足够高的,以使开关触点系统77中的电弧的持续时间保持足够短。
在图8中,控制轴6仍处于30°位置中。滚动元件4已经通过自身的惯性经过滚动元件4的中间位置,并且在第一滚动行程事件中滚动弹簧41和42已经从中间死点位置转移至第一低能量位置,从而通过由第一滚动行程事件输送的能量来使滚动元件4旋转至第二位置。开关触点系统77处于断开状态下,其中,在第一固定触点构件701与可旋转触点构件703之间存在第一间隙,并且在第二固定触点构件702与可旋转触点构件703之间存在第二间隙。自由运动弹簧10仍然处于靠近张紧位置的位置中,并且控制轴6仍然处于靠近接合位置的位置中。
在图9中,自由运动弹簧10已经被转移至低能量位置,从而使控制轴6相对于框架2旋转至断开位置,其中,控制轴6相对于致动器8处于歇止位置中。除了自由运动弹簧10和控制轴6之外的部件处于与图8中的位置相同的位置中。
在图5至图9中所示的机构中,滚动元件4的第二位置相对于滚动元件4的第一位置成100°角。在替代性实施方式中,第一位置与第二位置之间的间隙角大于或等于65°。
滚动元件4的中间位置相对于滚动元件4的第二位置成50°角。在替代性实施方式中,中间位置与第二位置之间的中间角大于或等于20°。
在闭合事件的起始位置中,机构处于图9中所示并且如上所述的位置中。图10和图11示出了处于闭合事件的起始位置与结束位置之间的不同位置中的机构。除了机构本身之外,图10和图11还示出了连接至机构的滚动元件4的开关触点系统77的位置。在闭合事件的结束位置,机构处于图5中所示并且如上所述的位置中。
在图10中,已经使控制轴6顺时针旋转至相对于断开位置的35°位置。自由运动弹簧10处于张紧位置中,并且控制轴6相对于致动器8处于接合位置中。在35°位置处,轴凸轮65已经接触滚动凸轮45,并且已经开始通过滚动凸轮45来使滚动元件4旋转。因此,滚动元件处于靠近第二位置的位置中,并且开关触点系统77靠近断开状态。滚动弹簧41和42靠近第一低能量位置。致动器8没有移动,并且因此致动器弹簧81和82处于第一低能量位置中。
在图11中,控制轴6处于80°位置中。已经通过控制轴6与致动器8之间的机械接触来使致动器8旋转45°。致动器弹簧81和82处于致动器弹簧81和82的中间死点位置中。滚动弹簧41和42靠近滚动弹簧41和42的中间死点位置。自由运动弹簧10处于张紧位置中,并且控制轴6相对于致动器8处于接合位置中。致动器第二突出部852几乎与滚动突出部405接触。滚动元件4相对于第二位置成50°角,并且因此开关触点系统77位于断开状态与接通状态之间的中途。轴凸轮65仍然与滚动凸轮45相接触。
从闭合事件的起始位置至图11的位置,滚动元件4的角速度是与使用者相关的。换句话说,使用者能够决定从第二位置朝向第一位置的滚动元件4的角速度。
如果使用者将控制轴6释放在图11的位置中,则机构返回至图9的位置。该返回由滚动弹簧41和42提供的能量发动。
在图11中所示的位置与图5中所示的位置之间,已经使控制轴6从80°位置旋转至90°位置。当使控制轴6顺时针旋转超过80°位置时,致动器第二行程事件开始,并且开始通过由致动器第二行程事件输送的能量来使滚动元件4朝向第一位置旋转。在致动器第二行程事件期间,通过致动器第二突出部852与滚动突出部405之间的接触来使滚动元件4旋转。
在致动器第二行程事件已经开始之后,滚动元件4的旋转完全独立于使用者。该与使用者无关的移动包括滚动元件4朝向第一位置旋转的最后50°。在朝向第一位置旋转最后50°的期间,滚动元件4的角速度是高的并且取决于致动器弹簧81和82以及滚动弹簧41和42。
对于本领域普通技术人员显而易见的是,能够以各种方式实现本发明构思。本发明及其实施方式不限于上述示例,而是可以在权利要求的范围内进行变化。
Claims (12)
1.一种开关装置,所述开关装置包括:
框架(2);
滚动元件(4),所述滚动元件(4)能够相对于所述框架(2)在第一位置与第二位置之间旋转,所述滚动元件(4)适于在打开事件中从第一位置转移至第二位置以将开关触点系统从接通状态转换至断开状态;
控制轴(6),所述控制轴(6)能够相对于所述框架(2)在接通位置与断开位置之间旋转,所述控制轴(6)适于控制滚动元件(4)的旋转,从而使控制轴(6)从接通位置旋转至断开位置来执行所述打开事件;
驱动系统,所述驱动系统将所述控制轴(6)操作性地连接至所述滚动元件(4)以使所述滚动元件(4)旋转,所述驱动系统包括致动器(8)和连接在所述框架(2)与所述致动器(8)之间的至少一个致动器弹簧(81、82),所述致动器(8)适于围绕旋转轴线旋转并适于与所述滚动元件(4)协同操作以在所述打开事件期间使所述滚动元件(4)朝向所述第二位置旋转,所述至少一个致动器弹簧(81、82)具有中间死点位置和第一低能量位置,所述至少一个致动器弹簧(81、82)适于在致动器第一行程事件中从所述中间死点位置转移至所述第一低能量位置,所述驱动系统适于通过由所述致动器第一行程事件输送的能量来在所述打开事件期间使所述滚动元件(4)朝向所述第二位置旋转;
其特征在于,所述驱动系统适于使所述滚动元件(4)在所述打开事件期间旋转至位于所述第一位置与所述第二位置之间的中间位置,并且所述开关装置还包括连接在所述框架(2)与所述滚动元件(4)之间的至少一个滚动弹簧(41、42),所述至少一个滚动弹簧(41、42)适于在所述打开事件期间使所述滚动元件(4)旋转至所述第二位置。
2.根据权利要求1所述的开关装置,其特征在于,所述驱动系统适于通过所述致动器(8)与所述滚动元件(4)之间的机械接触来使所述滚动元件(4)在所述打开事件期间旋转至所述中间位置。
3.根据权利要求1或2所述的开关装置,其特征在于,在所述滚动元件(4)的所述第一位置与所述第二位置之间存在间隙角,所述间隙角大于或等于65°。
4.根据权利要求2所述的开关装置,其特征在于,在所述中间位置与所述第二位置之间存在中间角,所述中间角大于或等于20°。
5.根据权利要求1所述的开关装置,其特征在于,所述至少一个滚动弹簧(41、42)具有中间死点位置和第一低能量位置,所述至少一个滚动弹簧(41、42)适于在第一滚动行程事件中从所述中间死点位置转移至所述第一低能量位置,所述至少一个滚动弹簧(41、42)适于通过由所述第一滚动行程事件输送的能量来在所述打开事件期间使所述滚动元件(4)旋转至所述第二位置。
6.根据权利要求1所述的开关装置,其特征在于,所述控制轴(6)的旋转轴线基本上垂直于所述滚动元件(4)的旋转轴线,并且所述致动器(8)的旋转轴线基本上与所述控制轴(6)的旋转轴线重合。
7.根据权利要求6所述的开关装置,其特征在于,所述控制轴(6)延伸穿过所述滚动元件(4)。
8.根据权利要求6或7所述的开关装置,其特征在于,所述滚动元件(4)适于在闭合事件中从所述第二位置转移至所述第一位置以将所述开关触点系统从所述断开状态转换至所述接通状态,并且所述驱动系统包括从所述控制轴(6)突出的轴凸轮(65)和从所述滚动元件(4)突出的滚动凸轮(45),所述轴凸轮(65)适于在闭合事件期间与所述滚动凸轮(45)协同操作以使所述滚动元件(4)从所述第二位置朝向所述中间位置旋转。
9.根据权利要求8所述的开关装置,其特征在于,所述至少一个致动器弹簧(81、82)具有第二低能量位置,并且所述至少一个致动器弹簧(81、82)适于在致动器第二行程事件中从所述中间死点位置转移至所述第二低能量位置,所述驱动系统适于通过由所述致动器第二行程事件输送的能量来在闭合事件期间使所述滚动元件(4)朝向所述第一位置旋转。
10.根据权利要求9所述的开关装置,其特征在于,所述驱动系统适于使得在所述闭合事件期间所述控制轴(6)朝向所述接通位置的旋转首先开始使所述滚动元件(4)朝向所述中间位置旋转,并且随后开始通过所述控制轴(6)与所述致动器(8)之间的机械接触来使所述致动器(8)旋转。
11.根据权利要求9至10中的任一项所述的开关装置,其特征在于,所述至少一个致动器弹簧(81、82)适于通过所述控制轴(6)的旋转而从所述第一低能量位置被转移至所述中间死点位置以及从所述第二低能量位置被转移至所述中间死点位置,使得将所述至少一个致动器弹簧(81、82)转移至所述中间死点位置所需的能量源自所述控制轴(6)的旋转。
12.根据权利要求1所述的开关装置,其特征在于,所述控制轴(6)通过自由运动弹簧(10)连接至所述致动器(8),使得所述控制轴(6)能够在歇止位置与接合位置之间相对于所述致动器(8)旋转,在所述歇止位置中所述自由运动弹簧(10)处于低能量位置中,在所述接合位置中所述自由运动弹簧(10)处于张紧位置中,如果所述控制轴(6)从所述歇止位置偏转,则所述自由运动弹簧(10)适于试图将所述控制轴(6)转移至所述歇止位置。
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