CN1288689C - 保护开关的开关机构 - Google Patents

Abstract

用于保护开关的开关机构(15)，它具有两个共同的用于开关的开关区段，各区段具有一个可动的、固定在开关桥上的触头(8，8’)，其中设有可绕固定在壳体上的机构转轴(16)转动地支承的支架(17)，该支架具有一个垂直于机构转轴(16)延伸的中间壁(18)，其中还设有一个插塞支承(29)，它用其孔(30)装在支承止挡(26)上，及在中间壁(18)上端的区域中具有一个肩(31)，在该肩上衔接一个插塞(33)的突起部分(37)，该插塞(33)在中间壁(18)的上端可绕插塞转轴(32)转动地支承及其中设有钩(34)，它使插塞(33)与操作杆(35)耦合，及开关桥转轴(36)相对机构转轴(16)在动触头(8，8，)的方向上错开地设置。

Description

保护开关的开关机构

技术领域

本发明涉及一种用于保护开关的开关机构，它具有两个共同的用于开关的开关区段，各区段具有一个可动的、固定在开关桥上的触头，其中设有可绕固定在壳体上的机构转轴转动地支承的支架，该支架具有一个垂直于机构转轴延伸的中间壁，在其两个端面上各成型有一个圆柱、一个与机构转轴同心的支承止挡及一个脚支承，开关桥用其孔装在圆柱上及扭转弹簧用其圈装在圆柱上，以使得圆柱的纵轴构成开关桥的转轴，其中扭转弹簧的第一腿支承在开关桥上及第二腿支承在腿支承上，由此开关桥持续地在具有彼此不同强度的支承止挡的方向上被加负荷，其中在圆柱对面的中间壁的上端成型有一个栓，在其上支承一个螺旋压簧的第一端，其第二端支承在壳体上，其中还设有一个插塞支承，它用其孔装在支承止挡上，及在中间壁上端的区域中具有一个肩，在该肩上衔接一个插塞的突起部分，该插塞在中间壁的上端可绕插塞转轴转动地支承及其中设有钩，它使插塞与操作杆耦合。

背景技术

由EP-B1-696 041公知了一种开关机构。该已授权的专利构思了并在权利要求1中明确地表达：机构转轴与开关桥转轴同轴地定位。

已经用具有EP-B1-696 041中所述结构-尤其是具有与开关桥转轴同轴的机构转轴-的开关机构的保护开关作了开关试验。其中已经证实，在断开时两个动触头不是同时地而是时间上错开地从对它们配置的定触头上抬起。在EP-B1-696 041的第2栏第14至15行中也确定地描述了两个动触头时间上错开的抬起。

需要考虑的是，所述的两极开关装置与一个单相的交流回路串联，其中第一开关区段连接在该电流回路入线(＝相导线)上及第二开关区段连接在出线(＝中线)上。因此两个开关区段被同一电流流过及必需(在短路情况下)将该电流中断。

现在当-如由EP-B1-696 041构思的(参见该文献第2栏第14，15行)或根据EP-B1-696041实施的开关机构实际设置的-两个动触头在时间上错开地从定触头上抬起，因此在断开过程的第一阶段中，第一动触头已经抬起，但第二动触头仍接触在其相应的定触头上，电弧仅在第一开关区段的触头件之间出现。因为该电弧被短路电流流过，在其中将释放很大的能量，该能量将在第一开关区段的触头件上转换成相应的大热量。

触头件被很强的加热将引起触头件相对大的磨损(触头烧损)。该大的触头烧损引起第一开关区段的短工作寿命-并由此也引起整个开关装置的短工作寿命。为了达到第一开关区段及由此整个开关装置的代表经济的工作寿命，必需使第一开关区段的触头件用相对大的体积构成以补偿触头件的烧损。

但大体积的触头件必需具有大的尺寸，这将最终导致整个开关装置变大。

发明内容

本发明的任务在于，给出一种开始部分中所述类型的开关机构，它可在两个开关区段的触头件尽可能小的体积及由此尽可能小的开关装置尺寸以及开关区段高工作寿命的情况下实现短路电流快速的关断。

根据本发明它是这样实现的：开关桥转轴相对机构转轴在动触头的方向上错开地设置。通过这些转轴错开地设置将达到：两个动触头件同时地从它们相应的定触头上抬起。由于该同时的打开将使得：待关断的短路电流在关断过程开始时就同时在两个位置上开断。电弧将在两个开关区段中形成，短路电流的能量可在两个电弧中释放。

本发明提出了一种用于保护开关的开关机构，它具有两个共同的用于开关的开关区段，各区段具有一个可动的、固定在开关桥上的触头，其中，设有可绕固定在壳体上的机构转轴转动地支承的支架，该支架具有一个垂直于机构转轴延伸的中间壁，在其两个端面上各成型有一个圆柱、一个与机构转轴同心的支承止挡及一个脚支承，开关桥用其孔装在该圆柱上及扭转弹簧用其圈装在圆柱上，以使得圆柱(的纵轴构成开关桥的转轴，其中扭转弹簧的第一腿支承在开关桥上及第二腿支承在腿支承上，由此开关桥持续地在具有彼此不同强度的支承止挡的方向上被加负荷，其中，在圆柱(对面的中间壁的上端成型有一个栓，在其上支承一个螺旋压簧的第一端，其第二端支承在壳体上，其中，还设有一个插塞支承，它用其孔装在支承止挡上并在中间壁上端的区域中具有一个肩，在该肩上衔接一个插塞的突起部分，该插塞在中间壁的上端可绕插塞转轴转动地支承及其中设有钩，它使插塞与操作杆耦合，其中，开关桥转轴相对机构转轴在动触头的方向上错开地设置。

因此每个电弧中释放的能量为根据EP-B1-696 041的开关机构的单个电弧中释放的及传送给触头件的能量的一半。由此可得到明显减小的触头烧损及所有触头件的高工作寿命以及整个开关装置的高工作寿命。

当通过两个触头件的间隔分离交流电流时，触头件的分离运动与交流电的频率(50Hz)相比进行得很慢。而触头件打开运动期间交流电流经过几个周期到零，其中将产生电弧。在过零点条件下的熄灭的电弧的重新点燃仅当产生短路电流的电压超过电弧的重新点燃电压时才发生。两个彼此串联的电弧的重新点燃电压明显地大于单个电弧重新点燃的电压，由此，通过根据本发明实现的两个开关区段的同时打开可最终比EP-B1-696 041中首先仅是两个开关区段的一个打开的情况较早地中断短路电流。

因此减小了在开关装置的关断过程中产生的总热量，由此整个开关装置所耐的温度较小，尤其可作成小的尺寸。

由交流电压产生的电弧快速熄灭的第二个重要因素是尽可能快地将电弧燃烧距离拉到大的长度上。因为根据本发明的开关机构的结构中实现了在两个位置上同时地分离短路电流及由此形成两个串联的电弧，因此整个电弧燃烧距离从开始起就是仅在一个位置上打开电流回路的燃烧距离的两倍长。在动触头打开运动时，两个电弧燃烧距离同时拉开，由此使从待断开电流到待消除的电弧燃烧区段总地比根据EP-B1-696 041首先仅形成一个电弧的开关机构成倍快地拉开。

在打开运动时动触头必需相对定触头转动一定的角度，以使得在开断位置时动触头从定触头移动到能保证完全可靠断开的距离。

如果如EP-B1-696 041中开关桥转轴对机构转轴同轴地设置，则与此相联系的是，开关桥延伸在动触头及机构转轴之间的整个距离上。而相反地，在根据本发明的方式中开关桥转轴相对机构转轴在动触头的方向上错开地设置，开关桥的结构显著变短。

由于该开关桥的短结构它就具有小的质量，由此使整个开关机构的质量转动惯量减小。该转动惯量的减小将导致开关机构特别快地从接通位置过渡到断开位置。

概括起来，根据本发明开关桥转轴相对机构转轴在动触头的方向上错开地设置在以下三个方面导致了开关装置中与触头烧损小及发热小相联系的短路电流的快速开断：

·通过同时形成两个串联的电弧使由短路电流产生的能量分开到两个开关区段上，由此在两个开关区段中每个有相对小的触头件的负荷，即触头烧损小。

·通过同时构成两个电弧使从短路电流到待消除的整个电弧燃烧区段将大于单极断开的情况或与单极断开的情况相比双倍快地拉开。重新点弧的电压由此增高或上升，而打开运动比仅是单极断开的情况双倍地快。

·通过较小的开关桥达到整个机构较小的转动惯量，这就允许它快速地运动。

由于开关桥转轴相对机构转轴错开达到的另一效果在于，在接通运动时引起在接通位置上动触头及定触头彼此接触的区段相摩擦；在支架转动及由此其上的开关桥向接通位置运动时动触头将与定触头相接触。

一旦在接通运动过程中动触头与其对应的定触头相接触，将避免相应的动触头与支架一起继续进行同步转动。

在触头桥继续转动时它将抵抗扭簧的压力与支架转动方向相反地绕开关桥转轴转动。在开关桥上与动触头对立的端部将从支承止挡上抬起(参见图2)。

在开关桥转动时动触头相对定触头切向地移动，其中定触头及动触头接触的面彼此相摩擦。在这些面上具有的污物将在该相互摩擦时被去除，由此可保证定触头与定触头接触时特别小电阻的过渡。

与单极保护开关相关的机构转轴相对开关桥转轴错开的设置已由AT-B-404648公知(参见其权利要求1)：在该文献中所示的开关机构如根据本发明的开关机构那样具有一个支架板4，在其上可转动地支承了一个开关桥5、一个插塞支承6及一个插塞3。整个机构可绕固定在壳体上的机构转轴11转动地支承。插塞支承6相对支架板4也可绕该转轴11转动。开关桥5可绕转轴12相对支架板4转动，其中转轴12与机构转轴11隔开，即转轴12及11彼此错开地设置。

因为AT-B-404 648仅限制在单极开关上，由它不能得到任何启示：开关桥转轴相对机构转轴错开的原理应用在双极开关上。此外在单极开关上没有必要使两个动触头同时从定触头上抬起。

因此，AT-B-404 648不能引起：在一个双极开关装置上实现该有利的效果，即该两极开关装置的开关桥转轴相对机构转轴错开。

在本发明的另一构型中设计了：支承止挡构成与腿支承不同的并彼此隔开的部件。由扭簧作用在开关桥上的力能很简单地通过腿支承与支承止挡距离的变化来调节。

此外设计了：插塞转轴与支承止挡及腿支承隔开地设置。

因此插塞可与开关机构其它部件无关地被确定及由此可用小技术成本形成与支架的连接。

被证明有利的是，在支架上成型有另一圆柱形构型，及设有另一扭簧，后者的第一端固定至该构型上及其自由腿端靠在插塞支承的区段上。

借助另一扭簧将使插塞支承的肩在插塞的方向上运动，由此在释放后插塞再与插塞支承的肩相锁住。由此借助操作杆可使开关机构再接通。

附图说明

以下将参照表示一个特别优选实施例的附图来详细描述本发明。附图为：

图1：一个双极线路保护开关的斜视图；

图2：一个装有根据本发明的开关机构的线路保护开关的相导线开关区段处于接通状态的平面图；

图3：图2中线路保护开关的相导线开关区段处于关断状态的相同形式的平面图；

图4：根据本发明的开关机构15的解体示图；

图5及6：从不同观察角度看到的根据本发明的装有开关桥9，9’的开关机构15的支架17的斜视图，及

图7：从机械转轴16方向上看到的图5，6中的结构。

优选实施例描述

图1中表示一个线路保护开关的壳体，它具有两个开关区段，即一个用于单相交流回路的相导线L的区段及一个用于所属中线N的区段。每个开关区段包括一个用于馈入导线的接线夹2及用于馈出导线的接线夹3(参见图3)。第一接线夹2与一个电流导条4相连接，该电流导条连接到一个活动衔铁脱扣器5的第一线圈端部。该活动衔铁脱扣器5的第二线圈端部与另一电流导条6相连接，后者带有一个定触头7。在接通状态时接触在该定触头上的动触头8被固定在开关桥9上。该开关桥9通过柔性的导电绳索10与一个双金属片11的自由端相连接。该双金属片11相对壳体不动地保持的第二端通过电流条12与第二接线夹3连接。该电流条12与一个导弧角13相连接，后者与电流条6构成与触头7，8相连接的电弧移动区段，在其端部区域中设有一个灭弧室14，它由多个彼此平行的消弧板组成。在该灭弧室14中使电弧熄灭，该电弧是当触头7，8在非过零时间点打开时在触头之间形成的并沿电流条6及导弧角13导入灭弧室14。连接于开关区段上的相导线中的电流将流过活动衔铁脱扣器5及双金属片11，及这两者用于监测电流的大小。当出现不允许的电流幅值时这两者作用于开关机构15，由此可使保护开关断开，即引起动触头8从定触头7上抬起，该断开是由开关机构15执行的。在此情况下，活动衔铁脱扣器5以其本身公知的方式检测短时出现的超过电流额定值多倍的(短路)电流，而双金属片脱扣器11用于检测超过额定值少量但长时间存在的(过载)电流。在附图中未详细表示的中线N的开关区段被这样地构成：它如同上述相导线的开关区段，但它不具有活动衔铁脱扣器及双金属片，即流过它的电流不受监测。但中线开关区段的开关桥与相导线开关区段的开关桥9共同运动，由此使中线开关区段始终与相导线开关区段一起开关。虽然该线路保护器的壳体中设有两个主要的开关区段，仅是分离单元被作得宽些(18mm)。

本发明涉及开关机构15的结构构型。该开关机构首先包括两个开关桥9，9’，保护开关的两个开关区段，每个开关区段带有一个动触头8，8’。此外，开关机构15具有三个主要部件，即支架17、插塞支承29及插塞33(参见图4)。

支架17可绕固定在壳体上的机构转轴16转动地支承在壳体中，它以这样的形式实现：在壳体中固定着一个销及支架17具有一个与该销的外径相对应的孔，借助该孔可插在该销上。支架17具有一个与机构转轴16垂直延伸的中间壁18，在中间壁的两个端面上成型有一些部件，即圆柱19，19’，支承止挡26，26’及脚支承25，25’。

圆柱19，19’用于使开关桥9，9’可转动地支承在支架17上，即构成开关桥转轴36。开关桥9，9’设有孔20，20’，其直径相应于圆柱19的外径。开关桥9，9’用这些孔20，20’装在圆柱19上(参见图5，6)。

支承止挡26，26’最好同样具有圆柱构型及与圆柱19，19’隔有距离并与机构转轴16同心地成型在中间壁18上。由此开关桥转轴36在动触头8，8’的方向上相对机构转轴16错开地布置。开关桥9，9’持续地通过扭转弹簧21，21’在支承止挡26，26’的方向上被加负荷，或用其与动触头8，8’对立的端部90，90’弹性地压在支承止挡26，26’上。为此，这些扭簧21，21’用其圈22，22’套在圆柱19，19’上，扭簧的第一脚23，23’位于开关桥9，9’上动触头8，8’的区域中，及桥第二脚24，24’位于脚支承25，25’上(参见图3)。

开关桥9，9’具有完全相同的尺寸，即作成全部重合。虽然支承止挡26，26’彼此完全对齐地与机构转轴16同心，但它们的强度或直径彼此这样地不同，即中线开关区段所配置的支承止挡26’的直径小于相导线开关区段所配置的支承止挡26的直径(参见图6)。由此得到，从机构转轴16的方向上来观察开关结构15，在从定触头7，7’上抬起的状态下，两个动触头8，8’彼此错开一个角度值(参见图7)。

该角度上错开将导致：当开关机构从图3中所示其打开状态过渡到图2中所示的闭合状态时首先仅是中线开关区段闭合，而相导线开关区段较迟些才闭合。中线开关区段的超前是根据对保护开关使用的规程必需考虑的。

对于支架17或在支架上安装的开关桥9，9’的运动开关机构15还必需有以下其它部件：

由29表示的插塞支承具有一个孔30，插塞支承用该孔套在支承止挡26上及由此可转动地支承在支架17上。

在中间壁18的上端区域中插塞支承29具有一个肩31，在其上置有一个插塞33。

该插塞33最好是由薄铁片弯成的U形部件，在其腿部具有孔38，用于接收一个空心铆钉39。在支架17的中间壁18的上端也设有一个孔40，通过它穿入该空心铆钉39。因此插塞33可绕插塞转轴32转动地支承在中间壁18的上端。插塞33在其孔38对面的端部具有一个突起部分37，它可靠在肩31上。如果该插塞33如图2及3所示地与插塞支承29衔接，则开关机构15的这三个主要部件(支架17，插塞支承29及插塞33)彼此形状锁合地连接，及开关机构15可借助操作杆35-该操作杆通过钩34与插塞33耦合-运动，即从接通位置(图2)偏转到断开位置(图3)及相反地偏转。

当偏转到接通位置时，动触头8，8’(时间上错开地)接触到定触头7，7’上。因为从该时间点开始避免了动触头8，8’进一步与支架17同步进行的偏转，触头桥9，9’抵抗扭簧21，21’的压力反着支架偏转方向转动及由此从支承止挡26，26’上抬起(参见图2)。

在此情况下，动触头8，8’径向地相对定触头7，7’移动，这时定触头7，7’及动触头8，8’的接触面彼此摩擦及去除了那里的污物。如果出现了一个不可靠的及由此待关断的故障电流，则负责故障电流检测的部件(活动衔铁脱扣器5及双金属片11)作用在位于孔30下方的插塞支承29的区段41上；活动衔铁脱扣器5的活动衔铁将直接冲击到该区段41上；被不允许的大持续电流加热的向第二接线夹3方向移动的双金属片11的自由端带动拉钩42，该拉钩通过一个小管子43与区段41相连接。在这两种情况下，插塞支承29绕机构转轴16稍微反时针方向地转动，由此使肩31与插塞突起部分37分离。因此插塞33，支架17及插塞支承29这三个部件与操作杆35之间的形状锁合的连接释放，以使得支架7及开关桥9，9’与其一起向断开位置偏转。

该偏转将由螺旋压簧28引导，它的第一端靠在一个栓27上，该栓成型在支架17的中间壁18的与圆柱19，19’对立的上端。该螺旋压簧28的第二端支承在壳体上。

在支架17的另一圆柱形构型44上固定着另一扭簧45的第一端。它的自由腿端46靠在插塞支承29的区段41上，因此插塞支承29被该扭簧45在时针方向上预加压。该预加压的作用在于，在插塞突起部分37及肩31的锁定释放后，插塞支承29逆时针方向转动及由此使肩31在插塞33上移动。一旦操作杆35到达断开位置(通过装在其中的弹簧自动进行)，司使插塞突起部分37再接触在肩31上。

Claims (4)

1.用于保护开关的开关机构(15)，它具有两个共同的用于开关的开关区段，各区段具有一个可动的、固定在开关桥(9，9’)上的触头(8，8’)，其中

设有可绕固定在壳体上的机构转轴(16)转动地支承的支架(17)，该支架具有一个垂直于机构转轴(16)延伸的中间壁(18)，在其两个端面上各成型有一个圆柱(19，19’)、一个与机构转轴(16)同心的支承止挡(26，26’)及一个脚支承(25，25’)，开关桥(9，9’)用其孔(20，20’)装在该圆柱上及扭转弹簧(21，21’)用其圈(22，22’)装在圆柱上，以使得圆柱(19，19’)的纵轴构成开关桥的转轴(36)，其中扭转弹簧(21，21’)的第一腿(23，23’)支承在开关桥(9，9’)上及第二腿(24，24’)支承在腿支承(25，25’)上，由此开关桥(9，9’)持续地在具有彼此不同强度的支承止挡(26，26’)的方向上被加负荷，其中

在圆柱(19，19’)对面的中间壁(18)的上端成型有一个栓(27)，在其上支承一个螺旋压簧(28)的第一端，其第二端支承在壳体上，其中

还设有一个插塞支承(29)，它用其孔(30)装在支承止挡(26)上并在中间壁(18)上端的区域中具有一个肩(31)，在该肩上衔接一个插塞(33)的突起部分(37)，该插塞(33)在中间壁(18)的上端可绕插塞转轴(32)转动地支承及其中设有钩(34)，它使插塞(33)与操作杆(35)耦合，其特征在于：

开关桥转轴(36)相对机构转轴(16)在动触头(8，8，)的方向上错开地设置。

2.根据权利要求1的开关机构，其特征在于：支承止挡(26，26’)构成与腿支承(25，25’)不同的并彼此隔开的部件。

3.根据权利要求1或2的开关机构，其特征在于：插塞转轴(32)与支承止挡(26，26’)及腿支承(25，25’)隔开地设置。

4.根据权利要求1或2的开关机构，其特征在于：在支架(17)上成型有另一圆柱形构型(44)，及设有另一扭簧(45)，后者的第一端固定至该构型(44)上及其自由腿端(46)靠在插塞支承(29)的区段(41)上，所述区段(41)位于所述孔(30)之下。

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