ES2251733T3 - Disparador magnetico, especialmente para un interruptor de proteccion contra corrientes de defecto. - Google Patents

Abstract

EL ACCIONAMIENTO DE IMAN PREVISTO EN ESPECIAL PARA UN INTERRUPTOR DE PROTECCION CONTRA FALLOS DE CORRIENTE MUESTRA UN CIRCUITO MAGNETICO ALIMENTADO POR UN IMAN PERMANENTE (11), CON UN YUGO CONFORMADO EN FORMA DE U Y CON UN ANCLAJE (5) CARGADO POR UN ELEMENTO ELASTICO PRETENSADO (18). EN EL ESTADO CERRADO DEL CIRCUITO MAGNETICO, EL ANCLAJE (5) PUENTEA LOS EXTREMOS DE LA U. PARA EL ACCIONAMIENTO, EL CIRCUITO MAGNETICO SE ABRE MEDIANTE EL BASCULAMIENTO DEL ANCLAJE (5) SOBRE UN CANTO DE BASCULAMIENTO (23). EL ELEMENTO ELASTICO (18) MUESTRA AL MENOS UN MUELLE DE FLEXION BOBINADO (19), CON UN EJE DE BOBINADO ORIENTADO EN LA PROLONGACION DEL CANTO DE BASCULAMIENTO (23) Y DOS BRAZOS (24, 25), DE LOS QUE UNO SE SUJETA DE FORMA FIJA Y UN SEGUNDO (25) SE HA ALOJADO, EN UN SOPORTE FIJADOR DEL ANCLAJE (5), CON UN SEGMENTO GUIADO AXIALMENTE (26). EN ESTE ACCIONAMIENTO DE IMAN SE AHORRAN PIEZAS, MEDIANTE EL EMPLEO DEL MUELLE DE FLEXION BOBINADO (19) Y MEDIANTE LA DISPOSICION DEL EJE DE BOBINADO DE ESTE MUELLE DE FLEXION (19) SOBRE LA PROLONGACION DEL CANTO DE BASCULAMIENTO (23), COMO UN MUELLE ADICIONAL O SOPORTES FIJADORES DE COJINETE MOVILES.

Description

Disparador magnético, especialmente para un interruptor de protección contra corrientes de defecto.

Campo técnico

En la invención se parte de un disparador magnético, especialmente para un interruptor de protección contra corrientes de defecto (interruptor FI), según el preámbulo de la reivindicación 1. Un disparador magnético de esta clase presenta un circuito magnético alimentado por un imán permanente, con una culata configurada en forma de U y con una armadura plegable que puentea los extremos de la U en el estado cerrado del circuito magnético. Al presentarse una magnitud de disparo, por ejemplo una corriente de defecto, se alimenta una señal a una bobina de disparo enchufada sobre una de las dos alas de la U. Esta señal genera en la bobina de disparo un flujo magnético que debilita el flujo magnético permanente - generado por el imán permanente - en el lugar de ubicación de la armadura. La armadura solicitada por un muelle pretensado es separada de la culata al debilitarse el flujo magnético permanente y es hecha bascular alrededor de un eje de apoyo. Dicha armadura dispara entonces a un vástago empujador para accionar mecánicamente un aparato. En un interruptor FI este vástago empujador actúa sobre una leva de conexión que induce la apertura de una disposición de contacto del interruptor FI.

Estado de la técnica

La invención hace referencia a un estado de la técnica de disparadores magnéticos para interruptores FI, tal como el que se ha descrito, por ejemplo, en el documento DE-A1-38 38 444. En este disparador magnético la armadura está fijada al puente de unión de un muelle laminar configurado en forma de U, cuyas alas están sujetas sobre un cojinete de la armadura. Al dispararse, la armadura solicitada por un muelle de tracción pretensado alcanza al cabo de un recorrido muy corto un canto del cojinete de dicha armadura y bascula entonces alrededor de este canto del cojinete. Aparte del muelle de tracción que genera la fuerza de pretensado, este disparador magnético necesita, además, un muelle laminar configurado de forma relativamente complicada.

Un disparador magnético descrito en el documento DE-A1-41 11 092 presenta una armadura montada de forma giratoria por medio de un árbol portaarmadura y solicitada con un muelle de tracción pretensado. El árbol dispone de un mandril rectangular recalcado dentro de la armadura y va guiado en dos guías laterales de un portaarmadura. Aparte del muelle de tracción pretensado, este disparador magnético necesita, además, el árbol y el mandril que une la armadura y el árbol mediante un acoplamiento de ajuste de fuerza.

Breve exposición de la invención

La invención, como se indica en las reivindicaciones, se basa en el problema de crear un disparador magnético, especialmente para un interruptor FI, de la clase citada al principio, que se caracterice por una estructura sencilla y un número de piezas componentes lo más pequeño posible.

En el disparador magnético según la invención se tiene que, debido al empleo de un muelle de flexión bobinado y debido a la disposición del eje de las espiras de este muelle de flexión sobre la prolongación de un canto de basculación necesario para hacer pivotar la armadura, se ahorran piezas tales como un muelle adicional o portacojinetes giratorios. Debido a la utilización del muelle de flexión bobinado hay fuerza disponible para un vástago empujador transmisor de fuerza y, al mismo tiempo, se puede amortiguar eficazmente la energía de recarga necesaria para volver a cargar el disparador magnético después de un proceso de disparo. Sin embargo, el muelle de flexión bobinado forma sobre todo una bisagra de cojinete para la armadura y a la vez posiciona la armadura de manera extraordinariamente eficaz con ayuda de un sencillo sujetador. La armadura puede presentar entonces también una forma sencilla con masa uniformemente distribuida. Se consiguen así una buena resistencia a las vibraciones y una buena amplitud de la banda de ajuste del disparador magnético según la
invención.

Dado que en una culata fabricada a base de dos chapas el canto de basculación puede estar formado por un perno necesario de todos modos para el distanciamiento magnéticamente aislante de las dos chapas de la culata, en un disparador magnético equipado con una culata de esta clase se suprime un componente adicional para el canto de basculación. Al mismo tiempo, mediante el perno se ajusta entonces entre las dos chapas de la culata un entrehierro definido que hace que pueda prescindirse del empleo de un diafragma de forma de disco utilizado habitualmente en otros casos entre las dos chapas de la
culata.

Se consigue una simplificación adicional del disparador magnético según la invención haciendo que las dos chapas de la culata estén acodadas en forma de V y que el imán permanente esté conformado como un prismatoide con superficies polares planas y se aplique con cada una de sus superficies polares a una de las dos alas de la V. El imán permanente se posiciona entonces automáticamente después del montaje en el disparador magnético, ya que es presionado contra las alas de la V por la acción del flujo permanente conducido en el circuito magnético. Se reducen así considerablemente los entrehierros inevitables entre las superficies polares del imán y las superficies antagonistas asociadas de la culata. Por tanto, se mejora sensiblemente la inyección del flujo magnético permanente en la culata. Al mismo tiempo, se mantiene extraordinariamente pequeño el flujo magnético disperso no deseado. Se suprime una fijación del imán permanente, ya que el imán es llevado automáticamente a la posición correcta en la V. Además, se puede reconocer ahora fácilmente la dirección preferente del imán y se puede construir el imán en forma isótropa o anisótropa.

Breve descripción del dibujo

Se explican seguidamente con más detalle, ayudándose de dibujos, un ejemplo de ejecución preferido de la invención y las demás ventajas que pueden lograrse con ésta. Muestran en los dibujos:

La figura 1, una representación en despiece de una forma de ejecución preferida del disparador magnético según la invención,

La figura 2, una vista en perspectiva del disparador magnético según la figura 1 después de la retirada de una parte de su carcasa antes de un proceso de disparo,

La figura 3, una vista en perspectiva algo modificada del disparador magnético según la figura 2 después de un proceso de disparo, y

La figura 4, una vista del disparador magnético según la figura 2, tomada en la dirección del eje de las espiras de un muelle de flexión bobinado, después de retirar completamente su carcasa.

Modos de ejecución de la invención

En todas las figuras, los mismos símbolos de referencia se refieren a partes equivalentes. El disparador magnético mostrado en la figura 1 en representación en despiece presenta una carcasa de material aislante constituida por un fondo 1 de forma de cubeta y una tapa 2. En la tapa 2 está prevista una abertura 3 que sirve para el guiado vertical de un vástago empujador 4 de forma cilíndrica. El vástago empujador 4 presenta un extremo inferior engrosado que está asentado sobre una armadura 5 de forma paralelepipédica de un circuito magnético. El extremo del vástago empujador 4 dirigido hacia arriba actúa sobre una disposición de contacto de un interruptor FI, no representado, a través de una leva de conexión, no representada.

El circuito magnético presenta también una culata 9 configurada en forma de U que contiene dos chapas 7, 8. Las dos chapas de la culata están fijadas una a otra, por ejemplo por soldadura, a una distancia de típicamente 50 a 100 \mum, con ayuda de un perno 10 hecho de material no magnético, por ejemplo de una aleación de níquel. Mediante un sitio adicional de soldadura autógena, soldadura de aporte o pegado magnéticamente no conductor se puede aumentar la estabilidad mecánica de la culata 9. El entrehierro formado por la distancia asume la función de un diafragma configurado en forma de lámina, empleado usualmente en otros casos.

Las dos chapas 7, 8 de la culata están acodadas de tal manera que la culata 9 presenta forma de V en la zona del acodamiento. Entre las dos alas de la V está dispuesto un imán permanente 11 de forma de prismatoide con superficies polares planas. Las dos superficies polares se aplican cada una de ellas a una de las dos alas de la V. Esta disposición se caracteriza porque, por un lado, el flujo magnético permanente es inyectado en la culata 9 especialmente bien y sin pérdidas de dispersión importantes, y porque, por otro lado, el imán permanente 11 se posiciona automáticamente y sin medios auxiliares adicionales en la posición correcta. El imán 11 puede presentar una superficie de base de forma de triángulo o de trapecio, pudiendo estar configurada la base del triángulo o del trapecio en forma no necesariamente rectilínea, sino eventualmente también curvada, por ejemplo en forma de arco de círculo. Sin embargo, en cualquier caso, las superficies laterales del triángulo o del trapecio están asociadas a las superficies polares del
imán.

Con el símbolo de referencia 12 se ha designado un fondo intermedio de material aislante. Este fondo intermedio presenta en su lado superior dos puentes 13, 14 que discurren paralelos uno a otro. Entre los dos puentes están previstas una abertura no designada y una escotadura del material tampoco designada, las cuales sirven para el paso de los tramos extremos de la U contenida en la culata 9. Sobre un ala 15 de la U formada por la chapa 7 de la culata está enchufada una bobina de disparo 16 que puede ser excitada por una señal eléctrica. Con ayuda de dos tomas de corriente 17 conducidas a través del fondo 1, esta bobina de disparo es abastecida de la potencia eléctrica que se forma al presentarse una corriente de defecto en un transformador de intensidad suma.

Con el símbolo de referencia 18 se ha designado un elemento de muelle construido como muelle doble. Este elemento de muelle 18 contiene dos muelles helicoidales cilíndricos 19, 20 dispuestos con simetría especular y dotados cada uno típicamente de hasta 10 espiras. Como se describe seguidamente, el muelle doble es solicitado a flexión. Por tanto, en lugar de los muelles helicoidales se pueden emplear también otros muelles de flexión bobinados, por ejemplo muelles en espiral. En lugar de un muelle doble se puede utilizar también un muelle de flexión bobinado sencillo como elemento de muelle 18 en el disparador magnético según la invención. Cada muelle 19 ó 20 está montado en un rebajo 21 ó 22 del material, respectivamente, que está conformado en el puente 13 ó 14, respectivamente. El elemento de muelle 18 carga la armadura 5 con una fuerza de pretensado antes del disparo del disparador magnético.

Como puede deducirse de las figuras 2 y 4, la armadura 5 descansa sobre los extremos de la U antes del disparo del disparador magnético y dicha armadura 5 está cargada entonces por el elemento de muelle 18 con una fuerza de pretensado. El circuito magnético está entonces cerrado y el flujo magnético permanente es conducido desde el imán permanente 11, por ejemplo a través de la chapa 7 de la culata, el ala 15 de la chapa 7, la armadura 5 y la chapa 8 de la culta (figura 1) para volver al imán permanente. Al presentarse una corriente de defecto el campo magnético de una señal de corriente alimentada a la bobina de disparo 16 debilita el campo del circuito magnético en la zona de la armadura 5. La armadura 5 es hecha bascular bajo la acción del elemento de muelle 18 y - como puede apreciarse en la figura 3 - guía el vástago empujador hacia arriba, el cual provoca entonces una desconexión del interruptor de protección FI por impacto sobre la leva de conexión no representada.

Se puede apreciar en las figuras 2 y 4 que la armadura 5 está apoyada de forma pivotable sobre un canto de basculación 23 formado por el perno 10 y que al menos el eje de las espiras del muelle de flexión bobinado 19 está orientado en prolongación del canto de basculación 23. Asimismo, puede apreciarse en estas figuras y en la figura 3 que el muelle de flexión bobinado 19 presenta dos alas 24, 25, de las que el ala 24 está mantenida en posición estacionaria en el rebajo 21 del material del puente 13 y - como puede deducirse especialmente de las figuras 2 y 3 - el ala 25 está montada con un tramo 26 guiado paralelamente al eje de las espiras en un sujetador de la armadura 5 construido en forma de una ranura 27. En el estado del disparador magnético antes del disparo que puede deducirse de la figura 2, el muelle de flexión 19 bobinado manifiestamente en sentido contrario a las agujas del reloj hacia fuera del plano del dibujo está tensado en el sentido de las espiras, de modo que las superficies exteriores de las espiras están solicitadas a tracción y presionan las dos alas 24 y 25 hacia abajo. De este modo, se fija el ala 24 sobre una pared del rebajo 21 del material y el ala 25 actúa con un par de giro sobre la armadura 5.

Al dispararse, la armadura 5 es hecha bascular alrededor del canto de basculación 23 en sentido contrario al de las agujas del reloj y el vástago empujador 4 es guiado entonces hacia arriba desde la carcasa hasta que se alcance el estado del disparador magnético visible en la figura 3. Dado que el eje de las espiras del muelle de flexión bobinado 19 está orientado en prolongación del canto de basculación 23 y dado que el muelle de flexión bobinado está fijado con su ala 24 en el rebajo 21 del material y la armadura 5 está sujeta al mismo tiempo en el tramo 26 del ala 24 guiado paralelamente al eje de las espiras, el muelle de flexión bobinado 19 actúa como bisagra de cojinete para la armadura 5. Se evita así en amplio grado un deslizamiento no deseado de la armadura 5 sobre el canto de basculación 23 al dispararse y al recargarse el disparador magnético. Dado que el muelle de flexión bobinado 19 no sólo sirve para soportar y sujetar la armadura, sino que al mismo tiempo genera también fuerza para el vástago empujador 4 y amortigua durante la recarga la energía de recarga aportada mecánicamente desde fuera, se pueden ahorrar en el disparador magnético piezas tales como muelles o cojinetes de giro adicionales.

Se consigue un montaje de la armadura 5 especialmente simétrico y, por tanto, exento de fuerzas cuando el elemento de muelle 18 presenta, en lugar de un muelle de flexión bobinado, los dos muelles de flexión bobinados 19 y 20 visibles en la figura 1, integrados en un muelle doble. Estos dos muelles están configurados con bobinados en sentidos contrarios y están dispuestos con simetría especular en los rebajos 21, 22 del material. Los tramos - orientados paralelamente al eje de las espiras - de las alas de estos muelles que actúan sobre la armadura 5 son parte de un puente de unión 28 visible en la figura 3 y retenido en la ranura 27.

Se consigue un montaje especialmente seguro de los dos muelles de flexión bobinados 19, 20 cuando ambos están configurados como muelles helicoidales cilíndricos y ambos están sujetos sobre un perno de cojinete estacionario axialmente guiado. Este perno de cojinete puede estar conformado en el fondo intermedio 12 que sujeta los dos muelles de flexión bobinados 19, 20. En la figura 4 se ha designado con el símbolo de referencia 29 un perno de esta clase que proporciona apoyo al muelle de flexión bobi-
nado 19.

Es ventajoso disponer el ala 25 en las proximidades de la armadura, ya que entonces su tramo axialmente dirigido 26 es de construcción corta y al mismo tiempo se mantienen ampliamente apartadas del muelle fuerzas no deseadas que actúen radial y axialmente. Se garantiza una transmisión de fuerza especialmente segura de los muelles 19, 20 cuando las dos alas de dichos muelles 19, 20 se aplican ambas tangencialmente a las espiras de los mismos. Al mismo tiempo, un muelle de esta clase puede fabricarse de manera especialmente sencilla. Sin embargo, para una sujeción segura de los muelles 19, 20 es ventajoso - como puede apreciarse en las figuras 2 a 4 - aplicar el ala 24 radialmente a las espiras.

Listas de símbolos de referencia

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 1 \+ Fondo\cr  2 \+ Tapa\cr  3 \+ Abertura\cr  4 \+ Vástago
empujador\cr  5 \+ Armadura\cr  7, 8 \+ Chapas de culata\cr  9 \+
Culata\cr  10 \+ Perno\cr  11 \+ Imán permanente\cr  12 \+ Fondo
intermedio\cr  13, 14 \+ Puentes\cr  15 \+ Ala\cr  16 \+ Bobina de
disparo\cr  17 \+ Tomas de corriente\cr  18 \+ Elemento de muelle\cr
 19, 20 \+ Muelles de flexión bobinados\cr  21, 22 \+ Rebajos del
material\cr  23 \+ Canto de basculación\cr  24, 25 \+ Ala\cr  26 \+
Tramo\cr  27 \+ Ranura\cr  28 \+ Puente de unión\cr  29 \+ Perno de
cojinete\cr}

Claims (11)

1. Disparador magnético, especialmente para un interruptor de protección contra corrientes de defecto, que comprende un circuito magnético alimentado por un imán permanente (11), que contiene una culata (9) configurada en forma de U y una armadura (5) que puentea los extremos de la U en el estado cerrado del circuito magnético y que, al abrir el circuito magnético, se apoya de manera pivotable sobre un canto de basculación (23), y un elemento de muelle pretensado (18) para cargar la armadura (5) en contra de una fuerza generada por el imán permanente (11), caracterizado porque el elemento de muelle (18) presenta al menos un muelle de flexión bobinado (19, 20), con un eje de las espiras orientado en prolongación del canto de basculación (23) y con dos alas (24, 25), de las que una primera (24) está sujeta en forma estacionaria y una segunda (25) está apoyada en un sujetador de la armadura (5) con un tramo (26) guiado paralelamente al eje de las espiras.

2. Disparador magnético según la reivindicación 1, caracterizado porque el sujetador presenta una ranura (27) que se extiende paralelamente al eje de las espiras.

3. Disparador magnético según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el al menos un muelle de flexión bobinado (19, 20) está configurado en forma de un muelle helicoidal cilíndrico.

4. Disparador magnético según la reivindicación 3, caracterizado porque la segunda ala (25) extendida de preferencia primeramente en dirección tangencial está aplicada por el lado de la armadura a las espiras del al menos un muelle helicoidal (19, 20).

5. Disparador magnético según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque el al menos un muelle helicoidal cilíndrico (19, 20) está sujeto sobre un perno de cojinete estacionario (29) que se extiende en dirección axial.

6. Disparador magnético según la reivindicación 5, caracterizado porque el perno de cojinete (29) está conformado en un fondo intermedio estacionario (12) que sujeta al al menos un muelle helicoidal cilíndrico (19, 20).

7. Disparador magnético según la reivindicación 6, caracterizado porque el fondo intermedio (12) presenta en el material al menos un rebajo (21, 22) de forma de ranura que sirve para recibir las espiras y la primera ala (24) del al menos un muelle helicoidal cilíndrico (19, 20).

8. Disparador magnético según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el elemento de muelle (18) presenta dos muelles de flexión bobinados (19, 20) distanciados uno de otro en dirección axial y dotados de una respectiva segunda ala (25) que contiene el tramo (26) paralelo al eje de las espiras y una respectiva primera ala (24).

9. Disparador magnético según la reivindicación 8, caracterizado porque los tramos (26) que se extienden paralelamente al eje de las espiras son parte de un puente de unión (28) montado en el sujetador de la armadura (5).

10. Disparador magnético según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el canto de basculación (23) está formado por un perno (10) que une mecánicamente entre sí dos chapas (7, 8) de la culata (9) magnéticamente aisladas una respecto de
otra.

11. Disparador magnético según una de las reivindicaciones 1 a 10 con dos chapas de culata (7, 8) magnéticamente aisladas una respecto de otra, caracterizado porque las dos chapas de la culata están construidas con un acodamiento en forma de V y porque el imán permanente (11) está conformado como un prismatoide con superficies polares planas y se aplica con cada una de las superficies polares a una respectiva de las dos alas de la V.