ES2255505T3 - Conjunto de embrague para un aparato de conmutacion electrica con un resorte de cierre de elevada compresion. - Google Patents
Conjunto de embrague para un aparato de conmutacion electrica con un resorte de cierre de elevada compresion.Info
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Abstract
Conjunto de embrague unidireccional para un aparato de conmutación eléctrica (1) provisto de un resorte de cierre (18) acoplado a una leva (107) dispuesta en un árbol de la leva (115) en el que dicho resorte de cierre (18) proporciona una fuerza de giro a dicho árbol de la leva (115) en un sentido hacia delante, caracterizado por un conjunto de embrague de resorte de espiras (220) dispuesto en dicho árbol de la leva (115) el cual permite que dicho árbol de la leva (115) gire en dicho sentido hacia delante pero el cual evita el giro de dicho árbol de la leva (115) en el sentido opuesto.
Description
Conjunto de embrague para un aparato de
conmutación eléctrica con un resorte de cierre de elevada
compresión.
La presente invención se refiere a un aparato de
conmutación eléctrica tal como por ejemplo aparatos y conmutadores
de protección utilizados en los circuitos de distribución de energía
eléctrica que transportan corrientes elevadas. Más particularmente,
se refiere a un aparato del tipo que utiliza un resorte de
compresión elevada para el cierre y a un conjunto de embrague para
controlar la descarga de la energía en el resorte de cierre. Véase
por ejemplo el documento US-A-5 931
290.
Los aparatos de conmutación eléctrica para abrir
y cerrar circuitos de energía eléctrica típicamente utilizan un
dispositivo de almacenaje de la energía en forma de uno o más
resortes grandes para cerrar los contactos del dispositivo en las
corrientes elevadas las cuales deben ser extraídas en tales
circuitos. Tales aparatos de conmutación eléctrica incluyen
disyuntores de circuitos de potencia y protectores de la red, los
cuales proporcionan protección, y conmutadores eléctricos los
cuales se utilizan para activar y desactivar partes del circuito o
transferir entre fuentes de energía alternativas. Estos dispositivos
también incluyen un resorte o resortes de abertura los cuales
separan rápidamente los contactos para interrumpir la corriente que
fluye en el circuito de energía. Como se indica, tanto uno como
ambos de los resortes de cierre y de los resortes de abertura puede
ser un único resorte o múltiples resortes y se deberán considerar
como tales incluso aunque de aquí en adelante se utilice por
conveniencia el singular. El resorte de abertura es cargado durante
el cierre mediante el resorte de cierre el cual, por lo tanto debe
almacenar suficiente energía tanto para superar las fuerzas
mecánicas y magnéticas para el cierre como para cargar los resortes
de abertura. Además, el resorte de cierre se requiere que tenga
suficiente energía para cerrar y bloquear por lo menos 15 veces la
corriente de régimen.
Han sido utilizados tanto resortes de tensión
como resortes de compresión para almacenar energía suficiente para
cerrar los contactos y cargar el resorte de abertura. Los resortes
de tensión son más fáciles de controlar, pero los resortes de
compresión pueden almacenar más energía. En cualquier caso, se
requiere un mecanismo de accionamiento robusto para montar y
controlar la carga y la descarga del resorte. El mecanismo de
accionamiento típicamente incluye un mango manual, y a menudo un
motor eléctrico, para cargar el resorte de cierre. También incluye
un mecanismo de bloqueo para bloquear el resorte de cierre en el
estado cargado, un mecanismo de liberación para liberar la energía
almacenada en el resorte de cierre y una disposición, un árbol de
polos por ejemplo, para acoplar la energía liberada en el conjunto
de conductores móviles que sostiene los contactos móviles del
conmutador.
Puesto que el resorte de cierre está diseñado
para funcionar a 15 veces la corriente nominal, es posible que,
cuando cierre con una corriente moderada, el resorte libere energía
suficiente para sobregirar el árbol de la leva. Cuando la leva está
sobregirada una pequeña cantidad de energía es transferida de vuelta
al resorte. En este punto la energía en el resorte causará que el
árbol de la leva se invierta y gire de vuelta pasando el contacto a
la posición cerrada. Cuando ocurre esto, los contactos del disyuntor
se empiezan a volver abrir lo cual puede causar daños debido a la
formación de arcos. La leva puede continuar girando en un sentido y
en sentido contrario hasta que se alcance que el equilibrio.
Por lo tanto, existe espacio para mejoras en los
aparatos de conmutación eléctrica de los tipos anteriores y
particularmente en el mecanismo de abertura que controla la descarga
del resorte de cierre.
Particularmente existe la necesidad de un
conjunto de embrague unilateral simple para el mecanismo de
accionamiento de un aparato de este tipo que evite el giro inverso
que sigue a la descarga del resorte de cierre.
Estas necesidades y otras se satisfacen mediante
la invención la cual se dirige a un aparato de conmutación
eléctrica que incorpora un conjunto de embrague de resorte de
espiras unilateral simple. El conjunto de embrague incluye un
embrague de resorte de espiras que permite que el mecanismo de
accionamiento gire en el sentido pretendido, pero evitará el giro
en sentido contrario.
El elemento de leva que forma parte del mecanismo
de accionamiento tiene una leva de carga acoplada al resorte de
cierre y una leva de accionamiento acoplada a un transportador en el
cual están montados los contactos móviles del aparato. La leva de
carga tiene un perfil de carga configurado para almacenar energía en
el resorte de cierre a través de la aplicación de un momento de
torsión aplicado por medios de carga durante una primera parte del
giro angular del elemento de leva. Un perfil de cierre en la leva de
carga está configurado para girar el elemento de leva y accionar el
transportador a una posición cerrada a través de la liberación de
la energía almacenada en el resorte de cierre durante una segunda
parte del giro angular el elemento de leva. Este perfil de cierre
de la leva de carga está configurado para una liberación controlada
de la energía almacenada en el resorte de cierre. Preferiblemente,
el perfil de cierre de la leva de carga está configurado para una
liberación controlada de aproximadamente el cincuenta por ciento y
preferiblemente entre aproximadamente el treinta y el sesenta por
ciento, de la energía almacenada en el resorte de cierre antes del
cierre de los contactos
separables.
separables.
Los extremos del árbol de la leva se prolongan a
través de placas laterales. Un extremo del árbol de la leva pasa a
través de un collar circular el cual está fijado a la placa lateral.
Un rotor provisto del mismo diámetro que el collar está fijado a la
leva y está inmediatamente adyacente al collar. Un resorte
helicoidal provisto de un diámetro interior que es ligeramente
menor que el collar y el rotor está dispuesto por encima de ambos
el collar y el anillo separador. Un alojamiento está dispuesto por
encima del resorte. Puesto que el resorte tiene un diámetro menor
que el collar y el rotor, el resorte actúa en el collar y en el
rotor con una fuerza radial. El resorte está colocado en la leva de
forma que cuando gira la leva en el sentido apropiado, el resorte
se desenrolla y tiende a expandirse. A medida que el resorte se
expande, la fuerza radial se reduce y la leva puede girar casi
libremente. Cuando gira en el sentido apropiado, el resorte
proporciona un momento de torsión de deslizamiento de
aproximadamente 15 pulgadas- libras. Aunque el desenrollado del
resorte tiende a forzar al resorte fuera del collar y del rotor, el
resorte se mantiene en el collar y en el rotor mediante el
alojamiento. Por el contrario, cuando la leva gira en sentido
contrario, el resorte tiende a enrollarse apretadamente, causando
que el resorte apriete sobre el collar y el rotor incrementando la
fuerza radial. Esto resulta en un momento de torsión inverso de
aproximadamente 2000 pulgadas-libras. Debido al
momento de torsión inverso, el giro en el sentido contrario de la
leva se elimina virtualmente.
Una comprensión completa de la invención se podrá
obtener a partir de la siguiente descripción de las realizaciones
preferidas cuando se lea conjuntamente con los dibujos que se
acompañan en los cuales:
La figura 1 es una vista isométrica del despiece
de un disyuntor del circuito de potencia de alta corriente y baja
tensión de acuerdo con la invención.
La figura 2 es una sección vertical a través de
un polo del disyuntor del circuito de la figura 1 representado
cuando los contactos se separan durante la abertura.
La figura 3 es una vista isométrica del despiece
de un conjunto de caja que forma parte del mecanismo de
accionamiento del circuito.
La figura 4 es una vista isométrica del despiece
que ilustra el conjunto del mecanismo de accionamiento.
La figura 5 es una vista parcial en sección
vertical a través de un mecanismo de accionamiento montado tomada a
través del conjunto de balancín.
La figura 6 es una vista isométrica que ilustra
el montaje del resorte de cierre que forma parte del mecanismo de
accionamiento.
La figura 7 es una vista en alzado lateral del
conjunto de la leva que forma parte del mecanismo de
accionamiento.
La figura 8 es una vista en alzado que ilustra la
relación de los principales componentes del mecanismo de
accionamiento representado con los contactos abiertos y el resorte
de cierre descargado.
La figura 9 es una vista similar a la figura 8
mostrando los contactos abiertos y el resorte de cierre cargado.
La figura 10 es una vista similar a la figura 8
mostrando los contactos cerrados y el resorte de cierre
descargado.
La figura 11 es una vista similar a la figura 8
mostrando los contactos cerrados y el resorte de cierre cargado.
La figura 12 es una vista en despiece del
conjunto de embrague de resorte.
La figura 13 es una vista en sección transversal
del conjunto de embrague de resorte.
La invención se describirá aplicada a un
disyuntor del circuito de potencia de aire, sin embargo, también
tiene aplicación en otros aparatos de conmutación eléctrica para
abrir o y cerrar circuitos de energía eléctrica. Por ejemplo, tiene
aplicación a conmutadores que proporcionan una desconexión para
circuitos de bifurcación de energía y conmutadores de transferencia
utilizados para seleccionar fuentes de energía alternativas para
sistemas de distribución. La mayor diferencia entre un disyuntor del
circuito de energía y estos diversos conmutadores es que el
disyuntor del circuito tiene un mecanismo de disparo que proporciona
una protección a la sobre corriente. La invención también se puede
aplicar a protectores de red los cuales proporcionan protección y
aislamiento a circuitos de distribución en un área específica.
Esta solicitud se refiere al documento
US-A-6 072 136. Esta invención
específicamente se refiere a un mecanismo de embrague para evitar
la rotación en sentido contrario de la leva en un disyuntor del
circuito de potencia de aire después de la descarga del resorte de
cierre. El documento US-A-6 072 136
proporciona una descripción completa del mecanismo de carga, así
como de diversos otros componentes del disyuntor del circuito, los
cuales no son relevantes para el mecanismo de embrague.
Con referencia a la figura 1, el disyuntor del
circuito de potencia de aire 1 de la invención tiene un alojamiento
3, el cual incluye una carcasa frontal moldeada 5 y una carcasa
posterior 7, y una cubierta 9. El disyuntor del circuito ejemplar 1
tiene tres polos 10 con las carcasas frontal y posterior 5, 7
formando tres cámaras de polo 11. Cada polo 10 tiene una cámara de
arco 13 la cual está encerrada por una cubierta ventilada de la
cámara del arco 15.
El disyuntor del circuito 1 tiene un mecanismo de
accionamiento 17 el cual está montado en la parte frontal de la
carcasa frontal 5 y está encerrado por la cubierta 9. El mecanismo
de accionamiento 17 tiene una placa frontal 19 la cual es accesible
a través de un orificio 21 en la cubierta. El mecanismo de
accionamiento 17 incluye un resorte de cierre grande 18 el cual se
carga para almacenar energía para cerrar el disyuntor del circuito.
La placa frontal 19 tiene montado un botón de empuje de cierre 23 el
cual es accionado para descargar del resorte de cierre para cerrar
el disyuntor del circuito y un botón de empuje de abertura 25 para
abrir el disyuntor del circuito. Indicadores 27 y 29 visualizan la
condición del resorte de cierre y el estado abierto/cerrado de los
contactos, respectivamente. El resorte de cierre 18 se carga
mediante el accionamiento del mango de carga 31 o remotamente
mediante un accionamiento a motor (no repre-
sentado).
sentado).
El mecanismo de accionamiento común 17 está
conectado a los polos individuales mediante un árbol de polos 33
con un lóbulo 35 para cada polo. Como es convencional, el disyuntor
del circuito 1 incluye una unidad de disparo electrónica 37
sostenida en la cubierta 9 la cual acciona el mecanismo de
accionamiento 17 para abrir todos los polos 10 del disyuntor del
circuito a través del giro del árbol de polos 33 en respuesta a las
características previamente determinadas de la corriente que fluye
a través del disyuntor del circuito.
La figura 2 es una sección vertical a través de
una de las cámaras de los polos. El polo 10 incluye un conductor
lateral de la línea 39 el cual se prolonga fuera de la carcasa
posterior 7 para la conexión a una fuente de energía eléctrica de
corriente alterna (no representada). Un conductor de carga 41
también se prolonga fuera de la carcasa posterior 7 para la
conexión típicamente a los conductores de la red de carga (tampoco
representado).
Cada polo 10 incluye también un par de contactos
principales 43 que incluyen un contacto principal estacionario 45 y
un contacto principal móvil 47. El contacto principal móvil 47 está
transportado mediante un conjunto de conductor móvil 49. Este
conjunto de conductor móvil 49 incluye una pluralidad de dedos de
contacto 51 los cuales están montados en una relación de separación
axial en un pasador de articulación 53 fijado a un transportador de
contactos 55. El transportador de contactos 55 tiene un cuerpo
moldeado 57 y un par de patas 59 (sólo una representada) provistas
de articulaciones 61 giratoriamente sostenidas en el alojamiento
3.
El transportador de contacto 55 gira alrededor de
articulaciones 61 mediante el mecanismo de accionamiento 17 el cual
incluye un pasador de accionamiento 63 recibido en un paso
transversal 65 en el cuerpo de transportador 57 a través de una
ranura 67 a la cual está chaveteado mediante planos 69 el pasador de
accionamiento 63. El pasador de accionamiento 63 está fijado en una
conexión de accionamiento 71 la cual es recibida en una ranura 73
el cuerpo del transportador. El otro extremo de la conexión de
accionamiento está articuladamente unido mediante un pasador 75 al
brazo de polos asociado 35 en el árbol de polos 33 similarmente
unido a los transportadores (no representado) en los otros polos
del disyuntor del circuito. El árbol de polos 33 es girado por el
mecanismo de accionamiento 17.
Un contacto principal móvil 47 está fijado a cada
uno de los dedos de contacto 51 en un punto separado del extremo
libre del dedo. La parte de los dedos de contacto adyacente al
extremo libre forma un contacto móvil de formación del arco o
"dedo de arco" 77. Un contacto de formación del arco
estacionario 79 está provisto en la carga frontal contraria de un
contacto de formación del arco integral y una zapata 81 montada en
el conductor del lado de la línea 39. El contacto de formación del
arco estacionario 79 y el dedo de arco 77 juntos forman un par de
contactos de formación del arco 83. El contacto de formación del
arco integral y la zapata 81 se extienden hacia arriba hacia una
rampa de arco convencional 85 montada en la cámara del arco 13.
Los dedos de contacto 51 son desviados en el
sentido de las agujas del reloj como se ve en la figura 2 en el
pasador de articulación 53 del transportador 55 mediante pares de
resortes helicoidales de compresión 87 asentados en ranuras 89 en
el cuerpo del transportador 55. El mecanismo de accionamiento 17
gira el árbol de polos 33 el cual a su vez articula el
transportador de contactos 55 en el sentido de las agujas del reloj
a una posición cerrada (no representada) para cerrar los contactos
principales 43. Para abrir los contactos, el mecanismo de
accionamiento 17 libera el árbol de polos 33 y los resortes
comprimidos 87 aceleran el transportador 55 en el sentido contrario
a las agujas del reloj a una posición abierta (no representada). A
medida que el transportador gira en el sentido de las agujas del
reloj hacia la posición cerrada, los dedos de arco 77 entran en
contacto primero con los contactos de formación del arco
estacionarios 79. A medida que el transportador continua
desplazándose en el sentido de las agujas del reloj, los resortes 87
se comprimen cuando los dedos de contacto 51 basculan alrededor del
pasador de articulación 53 hasta que los contactos principales 43 se
cierran. Un giro adicional en el sentido de las agujas del reloj a
la posición completamente cerrada (no representada) resulta en la
abertura de los contactos de formación del arco 83 mientras los
contactos principales 43 permanecen cerrados. En esa posición
cerrada, se completa un circuito desde el conductor de la línea 39 a
través de los contactos principales cerrados 43, los dedos de
contacto 51, las derivaciones flexibles 91 y el conductor de
carga 41.
carga 41.
Para abrir el disyuntor del circuito 1, el
mecanismo de accionamiento 17 libera el árbol de polos 33 de forma
que los resortes comprimidos 87 aceleran el transportador 55 en
sentido contrario a las agujas del reloj como se ve la figura 2.
Inicialmente, a medida que el transportador 55 se desplaza
alejándose del conductor de la línea 39, los dedos de contacto 51
basculan de forma que los contactos de formación del arco 83 se
cierran mientras los contactos principales 43 permanecen cerrados.
A medida que el transportador 55 continua desplazándose en el
sentido contrario a las agujas del reloj, los contactos principales
43 se abren y toda la corriente es transferida a los contactos de
formación del arco 83, condición que se representa en la figura 2.
Si se transporta una corriente desproporcionada mediante el
disyuntor del circuito de tal forma que cuando el disyuntor del
circuito se dispara abierto en respuesta a una sobrecorriente o
cortocircuito, un arco es cebado entre los contactos de formación
del arco estacionarios 79 y los contactos de formación del arco
móviles o dedos de arco 77 cuando estos contactos se separan con un
giro continuado en el sentido contrario a las agujas del reloj del
transportador 55. Cuando los contactos principales 43 ya se han
separado, la formación del arco está confinada a los contactos de
formación del arco 83 lo cual conserva la vida de los contactos
principales 43. Las fuerzas electromagnéticas producidas por la
corriente sostenida en el arco empujan el arco hacia fuera hacia la
rampa de arco 85 de forma que el extremo del arco en el contacto de
formación del arco estacionario 79 desplaza hacia arriba el
contacto de formación del arco integral y la zapata 81 y dentro de
la rampa de arco 85. Al mismo tiempo, la abertura rápida del
transportador 55 lleva los dedos de arco 77 adyacentes al extremo
libre de la placa superior de arco 93 como se representa en líneas
discontinuas en la figura 2 de forma que el arco se extiende desde
los dedos de arco 77 hasta la placa de arco superior 93 y desplaza
hacia arriba la placa de arco superior dentro de las placas de arco
94 lo cual rompe el arco en secciones más cortas las cuales se
extinguen entonces.
El mecanismo de accionamiento 17 es un módulo
autosostenido provisto de una caja 95. Como se representa en la
figura 3, la caja 95 incluye dos placas laterales 97 las cuales son
idénticas e intercambiables. Las placas laterales 97 están
sostenidas en relación de separación mediante cuatro elementos
alargados 99 formados por manguitos separadores 101, y árboles
roscados 103 y tuercas 105 que sujetan las placas laterales 97
contra los manguitos separadores 101. Cuatro subconjuntos
principales y un resorte de cierre grande 18 forman la parte de
potencia del mecanismo de accionamiento 17. Los cuatro subconjuntos
principales son el conjunto de la leva 107, el conjunto del
balancín 109, el conjunto de conexión principal 111 y el conjunto de
soporte del resorte de cierre 113. Todos estos componentes se
ajustan entre las dos placas laterales 97. Con referencia a las
figuras 3 y 4, el conjunto de la leva 107 incluye un árbol de la
leva 115 el cual está articulado en un casquillo no cilíndrico 117
asentado y un collar del embrague de resorte 222 (véase la figura
12) los cuales están asentados en orificios no cilíndricos
complementarios 119 en las placas laterales 97. El casquillo 117
tiene un reborde 121 en cual se apoya contra la cara interior 123 de
la placa lateral 97 y el árbol de la leva 115 tiene resaltes 125
los cuales lo colocan entre el casquillo 117 y el collar 222 de
forma que el árbol de la leva 115 y el casquillo 117 están cautivos
entre las placas laterales 97 sin la necesidad de elementos de
fijación. De forma similar, un pasador del balancín 127 del conjunto
del balancín 109 tiene resaltes 129 que lo hacen cautivo entre las
placas laterales como se ve en las figuras 3-5.
Planos 131 en el pasador del balancín 127 acopla planos similares
133 en orificios 135 en las placas laterales 97 para evitar el giro
del pasador del balancín. El árbol de la leva 115 y el pasador del
balancín 127 añaden estabilidad a la caja 95 la cual es
autoalineable y no necesita una fijación especial para la alineación
de las piezas durante el montaje. Puesto que los principales
componentes están "emparedados" entre las dos placas laterales
97, la mayoría de los componentes no necesitan equipo adicional de
soporte. Como se verá, esta construcción emparedada simplifica el
montaje del mecanismo de accionamiento 17.
El resorte de cierre 18 es un resorte de
compresión helicoidal de hilo redondo común de gran resistencia
cerrado y rectificado plano en ambos extremos. Se utiliza un
resorte de compresión debido a su mayor densidad de energía que la
de un resorte de tensión. El resorte de cierre de compresión
helicoidal 18 está sostenido de un modo muy único mediante el
conjunto de soporte del resorte de cierre 113 a fin de evitar
elevaciones de la tensión y flexión lateral. En una aplicación de
alta energía de este tipo, es importante que los extremos del
resorte de cierre 18 se mantengan paralelos y uniformemente
sostenidos y que el resorte se mantenga lateralmente en su sitio.
Como se ilustra particularmente en las figuras 4 y 6, y también en
las figuras 8-11, esto se consigue comprimiendo el
resorte de cierre helicoidal 18 entre una escuadra en U 137 la cual
es libre de girar y también de accionar el conjunto del balancín
109 en un extremo y una arandela de resorte casi cuadrada o placa de
guía 139, la cual puede estar articulada contra un tope de resorte
o pasador de soporte 141 que se extiende entre las placas laterales
97, en el otro extremo. El resorte de cierre 18 se mantiene sin
"desplazamiento" ya que está cautivo entre las dos placas
laterales 97 y está lateralmente limitado por un elemento de guía
alargado 143 que se extiende a través de la mitad del resorte, la
arandela de resorte 139 y la abrazadera 145 de la escuadra en U
137. El elemento de guía alargado 143 a su vez está cautivo en un
extremo mediante el pasador de tope del resorte 141 en cual se
extiende a través de una abertura 147 y en el otro extremo mediante
un pasador de escuadra 149 el cual se extiende a través de las patas
151 de la escuadra en U 137 y una ranura alargada 153 en el
elemento alargado.
El conjunto del balancín 109 incluye un balancín
155 articuladamente montado en el pasador del balancín 127 mediante
un par de rodamientos de rodillos 157 los cuales están cautivos
entre las placas laterales 97 y sostenidos en una relación de
separación mediante un manguito 159 como se ve mejor en la figura 5.
El balancín 155 tiene una horquilla 161 en un extremo la cual une
articuladamente el balancín 155 a la escuadra en U 137 a través del
pasador del balancín 149. Un par de patas 163 en el otro extremo del
balancín 155 las cuales se extienden en un ángulo agudo hacia la
horquilla 161, forman un par de horquillas de rodillos que sostienen
rodillos del balancín 165. Los rodillos del balancín 165 están
articuladamente montados en las horquillas de rodillos mediante
pasadores 167. Estos pasadores 167 tienen cabezas 169 encaradas
hacia fuera hacia las placas laterales 97 de forma que están
cautivos y retenidos en su sitio sin la necesidad de ningún resorte
de presión o bien otros elementos de retención distintos. Cuando el
balancín 155 báscula alrededor del pasador del balancín 127, la
arandela de resorte 139 girar en el árbol de soporte del resorte 141
de forma que la carga en el resorte de cierre 18 permanece uniforme
sin tener en cuenta la posición del balancín 155. El resorte de
cierre 18, la arandela de resorte 139 y el pasador de soporte del
resorte 141 son los últimos artículos que van dentro de un
mecanismo acabado 17 de forma que el resorte de cierre 18 puede ser
dimensionado adecuadamente para la aplicación.
El pasador de la escuadra en U 149 transfiere
todas las cartas del resorte y la energía a la horquilla del
balancín 161 en el balancín 155. Las cargas de traslación en el
balancín 155 son transferidas al pasador del balancín que no gira
127 y desde aquí a las dos placas laterales 97 mientras el balancín
155 permanece libre de girar entre las placas 97.
Con referencia a las figuras
4-11, el conjunto de la leva 107 incluye además del
árbol de la leva 115, un elemento de leva 171. El elemento de leva
171 incluye una leva de carga 173 formada por un par de placas de
la leva de carga 173a, 173b montadas en el árbol de la leva 115. Las
placas de la leva de carga 173a, 173b montan a horcajadas una leva
de accionamiento 175 la cual está formada por un segundo par de
placas de la leva 175a, 175b. Un separador de la leva 177 ajusta la
separación entre las placas de la leva de accionamiento 175a, 175b
mientras casquillos separadores 179 separan las placas de la leva de
carga 173a, 173b de las placas de la leva de accionamiento y de las
placas laterales 97. Las placas de la leva 173, 175 están fijadas
todas juntas mediante remaches 181 que se extienden a través de
separadores de remaches 183 entre las placas. Un rodillo de tope
185 está articuladamente montado entre las placas de la leva de
accionamiento 175a y 175b y un pasador de reajuste 183 se extiende
entre la placa de la leva de accionamiento 175a y la placa de la
leva de carga 173a. El conjunto de la leva 107 es un mecanismo de
360° el cual comprende el resorte de cierre 18 para almacenar
energía durante parte del giro y el cual es girado mediante la
liberación de la energía almacenada en el resorte de cierre 18
durante el resto del giro. Esto se consigue a través del
acoplamiento de las placas de la leva de carga 173a, 173b por los
rodillos del balancín 165. La carga previa en el resorte de cierre
18 mantiene los rodillos del balancín 165 en acoplamiento con las
placas de la leva de carga 173a, 173b. La leva de carga 173 tiene
un perfil de leva 189 con una parte de carga 189a la cual en el
punto de acoplamiento con los rodillos del balancín 165 aumenta de
diámetro con el giro en el sentido de las agujas del reloj del
elemento de leva 171. El árbol de la leva 115 y por tanto el
elemento de leva 171 es girado tanto manualmente mediante el mango
31 como mediante un motor eléctrico (no representado). La parte de
carga 189a del perfil de la leva de carga 189 está configurada de
tal forma que se requiere un momento de torsión sustancialmente
constante para comprimir el resorte de cierre 18. Esto proporciona
una mejor sensación para la carga manual y reduce el tamaño del
motor requerido para la carga automática ya que el momento de
torsión constante está por debajo del pico del momento de torsión
que normalmente se requeriría cuando el resorte se acerca a la
posición de completamente comprimido.
El perfil de leva 189 en la leva de carga 173
también incluye una parte de cierre 189b que disminuye en diámetro
a medida que la leva de carga 173 gira contra los rodillos del
balancín 165 de forma que la energía almacenada en el resorte de
cierre 18 acciona el elemento de leva 171 en el sentido de las
agujas del reloj cuando se libera el mecanismo.
La leva de accionamiento 175 del elemento de leva
171 tiene un perfil de leva 191 del cual en ciertas posiciones
giratorias es acoplado mediante un rodillo de accionamiento 193
montado en una conexión principal 195 del conjunto de conexión
principal 111 mediante un pasador de rodillo 197. En el otro extremo
de la conexión principal 195 está articuladamente conectado a un
brazo de accionamiento 199 en el árbol de polos 33 mediante un
pasador 201. Este conjunto de conexión principal 111 está acoplado
a la leva de accionamiento 175 para cerrar el disyuntor del
circuito 1 mediante un mecanismo de disparo 203 el cual incluye una
placa tramada 205 articuladamente montada en un pasador tramado 207
sostenido por las placas laterales 97 y desviada en el sentido
contrario a las agujas del reloj mediante un resorte 219. Una
conexión de punta cónica 209 está articuladamente unida en un
extremo a una extensión en el pasador de rodillo 197 del conjunto de
conexión principal y en el otro extremo está articuladamente unida
a un extremo de la placa tramada 205. El otro extremo de la placa
tramada 205 tiene un borde de bloqueo 211 el cual acopla un árbol D
de disparo 213 cuando el árbol es girado a la posición de pestillo.
Con la placa tramada 205 bloqueada, la conexión de punta cónica 209
sostiene el rodillo de accionamiento 193 en acoplamiento con la
leva de accionamiento 175. En funcionamiento, cuando el árbol D de
disparo 213 es girado a una posición de disparo, el borde de bloqueo
211 desliza fuera del árbol D de disparo 213 y la placa tramada 205
pasa a través de una muesca 215 en el árbol D de disparo la cual
recoloca el punto de articulación de la conexión de punta cónica
209 unida a la placa tramada 205 y permite que el rodillo de
accionamiento 193 flote independientemente de la leva de
acciona-
miento 175.
miento 175.
La secuencia de la carga y la descarga del
resorte de cierre 18 se puede entender con referencia a las figuras
8-11. Debe entenderse que hay dos condiciones para
los componentes; el resorte de cierre 18 el cual puede estar
cargado o descargado y los contactos 43 los cuales pueden estar
abiertos o cerrados. Por lo tanto, las figuras 8-11
muestran las cuatro combinaciones de estas condiciones. Esto es, en
la figura 8, los contactos 43 (no representados) están en la
posición abierta y el resorte de cierre 18 está descargado. En la
figura 9, el resorte de cierre 18 está cargado y los contactos 43
(no representados) permanecen abiertos. En la figura 10, el resorte
de cierre 18 ha sido descargado para cerrar los contactos 43 (no
representados). Finalmente, en la figura 11, los contactos 43 (no
representados) permanecen cerrados y el resorte de cierre 18 ha sido
cargado. El conjunto de embrague de resorte 220, descrito más
adelante, evita el giro en el sentido contrario del árbol de la
leva 115 a continuación de la descarga del resorte de cierre 18.
Sigue a continuación una descripción detallada de la secuencia para
cargar el resorte de cierre 18, cerrar los contactos 43 y cargar el
resorte de cierre 18 otra vez.
En la figura 8 el mecanismo está representado en
la posición abierta descargada, esto es, el resorte de cierre 18
está descargado y los contactos 43 están abiertos. Se puede ver que
el elemento de leva 171 está colocado de forma que la leva de carga
173 tiene su radio más pequeño en contacto con los rodillos del
balancín 165. Por lo tanto, el balancín 155 es girado a una
posición completa en el sentido contrario a las agujas del reloj y
el resorte de cierre 18 está en su máxima extensión. También se
puede ver que el mecanismo de disparo 203 no está bloqueada o de
forma que el rodillo de accionamiento 193 está flotante aunque
descanse contra la leva de accionamiento 175. A medida que el árbol
de la leva 115 es girado en el sentido contrario a las agujas del
reloj manualmente mediante el mango 31 o a través del funcionamiento
del motor de carga (no representado) la parte de carga 189a del
perfil de carga en la leva de carga, el cual aumenta progresivamente
en diámetro, acopla el rodillo del balancín 165 y gira el balancín
155 en el sentido de las agujas del reloj para comprimir el resorte
18. Como se ha mencionado, la configuración de esta parte de carga
189a del perfil se selecciona de forma que se requiera un momento
de torsión constante para comprimir el resorte 18. Durante esta
carga del resorte de cierre 18, el rodillo de accionamiento 193
está en contacto con una parte del perfil de leva de accionamiento
191 que tiene un radio constante de forma que el rodillo de
accionamiento 193 continua flotante.
Considerando ahora la figura 9, cuando el resorte
de cierre 18 está completamente cargado, el rodillo de accionamiento
193 queda fuera del perfil de leva de accionamiento 191 dentro de
una ranura 217. Esto permite que el resorte de ajuste 219 gire la
placa tramada 205 en sentido el contrario a las agujas del reloj
hasta que el borde de bloqueo 211 pase ligeramente más allá del
árbol D de disparo 213. Esto eleva el punto de articulación de la
conexión de punta cónica 209 en la placa tramada 205 de forma que el
rodillo de accionamiento 193 es elevado a una posición en la que
descansa por debajo de la ranura 217 en la leva de accionamiento
175. Al mismo tiempo, los rodillos del balancín 165 alcanzan un
punto justo después del giro 170° del elemento de leva en el que
entran en la parte cerrada 189b del perfil de la leva de carga 189.
En esta parte 189b del perfil de la leva de carga, el radio de la
leva de carga 173 en contacto con los rodillos del balancín 165
disminuye en el radio con el giro en el sentido de las agujas del
reloj del elemento de leva 171. Por lo tanto, el resorte de cierre
18 aplica una fuerza que tiende a continuar el giro del elemento de
leva 171 en el sentido de las agujas del reloj. Sin embargo, un
freno de cierre (no representado en la figura 9) el cual es parte de
un mecanismo de freno de cierre, descrito completamente en la
solicitud número 09/074,240 acopla el rodillo de tope 185 y evita
un giro adicional del elemento de leva 171. De ese modo, el resorte
de cierre 18 permanece completamente cargado preparado para cerrar
los contactos 83 del disyuntor del circuito 1.
Los contactos 43 del disyuntor del circuito 1 son
cerrados mediante la liberación del freno de cierre. Con el freno
de cierre desacoplado del rodillo de tope 185, la energía del
resorte es liberada para girar rápidamente el elemento de leva 171
a la posición representada en la figura 10. A medida que el elemento
de leva 171 gira, el rodillo de accionamiento 193 es acoplado por
el perfil de leva 191 de la leva de accionamiento 175. El radio de
este perfil de leva 191 aumenta con el giro del árbol de la leva y
puesto que la conexión de punta cónica 209 sostiene el rodillo de
accionamiento 193 en contacto con esta superficie, el árbol de polos
33 es girado para cerrar los contactos 43 como se ha descrito con
relación a la figura 2. En este punto, el borde de bloqueo 211
acopla el pestillo D 213 y los contactos están cerrados bloqueados.
Si el disyuntor del circuito es disparado en este punto mediante el
giro del árbol D de disparo 213 de forma que el borde de bloqueo 211
se desacopla del árbol D 213, la fuerza muy grande generada por los
resortes de contacto comprimidos 87 (véase la figura 2) ejercida a
través de la conexión principal 195 empuja el punto de articulación
de la conexión de punta cónica 209 sobre la placa tramada 205 en el
sentido de las agujas del reloj hacia abajo a medida que la placa
tramada gira alrededor del pasador tramado 207 (véase la figura 8) y
el rodillo de accionamiento 193 cae libre de la leva de
accionamiento 175 permitiendo que el árbol de polos 33 gire y los
contactos 43 se abran. Con los contactos 43 abiertos y el resorte
de cierre 18 descargado el mecanismo estará otra vez en el estado
representado en la figura 8.
Típicamente, cuando el disyuntor del circuito
está cerrado, el resorte de cierre 18 es recargado, otra vez
mediante el giro del árbol de la leva 115 tanto manualmente como
eléctricamente. Esto causa que el elemento de leva 171 vuelva a la
misma posición que en la figura 9, pero con el mecanismo de disparo
203 bloqueado, la conexión de punta cónica 209 mantiene el rodillo
de accionamiento 193 acoplado con el perfil de accionamiento 191 en
la leva de accionamiento 175 como se representa la figura 11. Si el
disyuntor del circuito es disparado en este punto mediante el giro
del pestillo D de disparo 213 de forma que la placa tramada 205 gira
en el sentido de las agujas del reloj, el rodillo de accionamiento
193 caerá hacia abajo dentro de la ranura 217 en la leva de
accionamiento 175 y el disyuntor del circuito se
abrirá.
abrirá.
Como se representa en las figuras 12 y 13, un
conjunto de embrague de resorte de espiras unidireccional 220 está
dispuesto alrededor del árbol de la leva 115. En la realización
preferida, el conjunto de embrague de resorte 220 está dispuesto
alrededor de un extremo del árbol de la leva 115 que se prolonga a
través de la placa lateral 97, sin embargo, el embrague de resorte
220 puede estar colocado en cualquier lugar en el árbol de la leva
115. Un elemento fijo 222, preferiblemente conformado como un collar
circular, está unido a la placa 97 dispuesto alrededor del orificio
no cilíndrico 119 en la placa 97. Alternativamente, el collar 222
puede estar integrado con un casquillo no cilíndrico 117 el cual
está dispuesto en el interior del orificio no cilíndrico 119 en la
placa 97. Una arandela 223 está dispuesta alrededor del orificio no
cilíndrico 119 en la placa 97 en el lado de la placa 97 opuesto al
collar 222.
El collar 222 tiene un orificio medio 221 el cual
permite que el árbol de la leva 115 pase a través del mismo. El
collar 222 tiene una sección transversal en forma de U en la que la
parte exterior del collar forma un anillo exterior 224 y la parte
interior del collar forma un anillo interior 225. La superficie
exterior del anillo interior 225 forma una superficie de soporte
del resorte 228 provista de un diámetro constante. El anillo
exterior 224 y el anillo interior 225 están unidos mediante una base
227. Entre el anillo exterior 224 y el anillo interior 225 hay un
canal angular axialmente encarado 226. Perpendicular a la superficie
de soporte del resorte 228 hay una superficie de soporte del rotor
230, la cual se apoya en el rotor 232 descrito más adelante. Un
rotor cilíndrico 232 está fijado mediante un pasador del rotor 234
al árbol de la leva 115. El rotor 232 tiene una superficie de
soporte del collar 240, una ranura del elemento de retención
circunferencial 238 y una superficie de soporte del resorte 236,
que tiene un diámetro exterior que es sustancialmente similar al
diámetro exterior de la superficie del collar de soporte del resorte
228. El rotor 232 está dispuesto en el árbol de la leva 115 de
forma que la superficie de soporte del collar 240 es adyacente a la
superficie de soporte del rotor del collar 230. Cuando está
dispuesto así, ambas superficies de soporte del resorte, la del
collar y la del rotor 228, 236 están alineadas. Un resorte
helicoidal 250 está dispuesto por encima de ambas superficies de
soporte del resorte, la del collar y la del rotor 228, 236. El
resorte 250 tiene un diámetro interior que es ligeramente menor que
el diámetro de las superficies de soporte del resorte del collar y
del rotor 228, 236. Por lo tanto, el resorte 250 aprieta o sujeta
las superficies de soporte del resorte del collar y del rotor 228,
236 con una fuerza radial. Cuando está colocado alrededor de la
superficie del collar de soporte del resorte 228, el resorte está
también dispuesto en el interior del canal anular del collar 226
entre el anillo exterior 224 y la superficie del collar de soporte
del resorte 228. Un alojamiento 252 está dispuesto por encima del
resorte 250. El alojamiento 252 tiene un orificio que permite que el
rotor 232 y el extremo del árbol de la leva 115 sobresalgan del
mismo. El alojamiento se apoya en el anillo exterior 224 y se
mantiene en su sitio mediante un anillo de retención 254 el cual
está dispuesto en la ranura del elemento de retención del rotor
238.
Puesto que el resorte 250 sujeta ambos el collar
estacionario 222 y el rotor giratorio 232, el giro del árbol de la
leva 115 y el rotor 232 causará que el resorte 250 tanto se enrolle
como se desenrolle. El resorte 250 está orientado en el collar 222
y el rotor 232 de forma que cuando el árbol de la leva 115 gire
hacia delante, el resorte se desenrollará y se expandirá. A medida
que el resorte 250 se expande, la fuerza radial contra las
superficies de soporte del resorte del collar y del rotor 228, 236
disminuye y el árbol de la leva 115 puede girar casi libremente.
Cuando el árbol de la leva 115 gira en el sentido apropiado, el
resorte 250 proporciona un momento de torsión de deslizamiento de
aproximadamente 15 pulgadas-libras. El desenrollado
del resorte 250 tiende a forzar al resorte 250 fuera del collar 222
y el rotor 232. El resorte 250 es retenido en el collar 222 y el
rotor 232 por medios de retención. En la realización preferida, los
medios de retención es el alojamiento 250, sin embargo, se pueden
utilizar otros medios, tales como el anillo de retención 254 sin el
alojamiento. Por el contrario, cuando el árbol de la leva 115 gira
en el sentido contrario, el resorte 250 tiende a enrollarse
apretadamente, causando que el resorte 250 apriete el collar 222 y
el rotor 232. Cuando el resorte 250 aprieta, aumenta la fuerza
radial contra las superficies de soporte del resorte del collar y
del rotor 228, 236. El aumento de la fuerza radial desarrolla
rápidamente un momento de torsión inverso de aproximadamente 2000
pulgadas-libras. Debido al momento de torsión
inverso, el giro en sentido contrario del árbol de la leva 115 es
virtualmente eliminado.
Mientras se han descrito en detalle realizaciones
específicas de la invención, será apreciado por aquellos expertos
en la técnica que se pueden desarrollar diversas modificaciones y
alternativas a aquellos detalles a la luz de las enseñanzas
globales de la descripción. Por ejemplo, aquellos expertos en la
técnica podrán configurar el conjunto de embrague de resorte con el
collar montado entre las placas laterales y el árbol de la leva
dispuesto dentro del collar, pero no pasando a través de las mismas.
De acuerdo con ello, las disposiciones particulares descritas
pretenden ser ilustrativas únicamente y no limitan el ámbito de la
invención al cual las reivindicaciones anexas le proporcionan toda
la amplitud.
Claims (12)
1. Conjunto de embrague unidireccional para un
aparato de conmutación eléctrica (1) provisto de un resorte de
cierre (18) acoplado a una leva (107) dispuesta en un árbol de la
leva (115) en el que dicho resorte de cierre (18) proporciona una
fuerza de giro a dicho árbol de la leva (115) en un sentido hacia
delante, caracterizado por un conjunto de embrague de
resorte de espiras (220) dispuesto en dicho árbol de la leva (115)
el cual permite que dicho árbol de la leva (115) gire en dicho
sentido hacia delante pero el cual evita el giro de dicho árbol de
la leva (115) en el sentido opuesto.
2. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 1 en el que dicho conjunto de embrague de resorte de
espiras (220) comprende:
un elemento fijo (222) unido a dicho aparato de
conmutación eléctrica (1), el cual está dispuesto alrededor de
dicho árbol de la leva (115);
un rotor (232) fijado a dicho árbol de la leva
(115) adyacente a dicho elemento fijo (222); y
un resorte helicoidal (250) enrollado alrededor
de dicho elemento fijo (222) y dicho rotor (232).
3. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 2 en el que:
dicho resorte helicoidal (250) tiene un diámetro
y está enrollado en dicho elemento fijo (222) y dicho rotor (232)
de forma que cuando dicho árbol de la leva (115) es girado en dicho
sentido hacia delante, dicho resorte helicoidal (250) se desenrolla
incrementando de ese modo dicho diámetro del resorte helicoidal
(250) y cuando dicho árbol de la leva (115) es girado en oposición
a dicho sentido hacia delante, dicho resorte helicoidal (250) se
enrolla apretando de ese modo dicho elemento fijo (222) y
dicho
rotor (232).
rotor (232).
4. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 3 en el que:
dicho elemento fijo (222) tiene una superficie de
soporte del resorte (228) con un diámetro constante;
dicho rotor (232) tiene una superficie de soporte
del resorte (236) con un diámetro constante que es sustancialmente
el mismo que dicho diámetro de la superficie de soporte del resorte
del elemento fijo (228); y
dicho diámetro del resorte (250) es menor que
dicho diámetro de la superficie de soporte del resorte del elemento
fijo (228) y dicho diámetro de la superficie de soporte del resorte
del rotor (236).
5. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 4 en el que dicho elemento fijo es un collar
circular (222) y dicho rotor (232) es cilíndrico.
6. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 5 en el que dicho collar (222) tiene un orificio
medio (221) y dicho árbol de la leva (115) pasa a través de dicho
orificio (221).
7. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 6 en el que:
dicho collar (222) tiene una sección transversal
en forma de U y tiene un anillo exterior (226) y un anillo interior
(225), el cual tiene una superficie exterior, unidos mediante una
base (227) que forma un canal anular axialmente encarado (226);
dicha superficie del collar de soporte del
resorte (228) siendo dicha superficie exterior de dicho anillo
interior (225); y
dicho resorte helicoidal (250) estando dispuesto
en dicho canal anular.
8. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 7 adicionalmente comprendiendo medios de retención
del resorte (256).
9. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 8 en el que los medios de retención del resorte
(256) comprenden:
dicho rotor (232) provisto de una ranura
circunferencial del anillo de retención (238); y
un anillo de retención (256) dispuesto en dicha
ranura del anillo de retención (238).
10. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 8 en el que los medios de retención del resorte
(254) adicionalmente incluyen un alojamiento cilíndrico (252)
dispuesto alrededor de dicho resorte helicoidal (250).
11. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 10 en el que:
dicho alojamiento (252) tiene un orificio medio a
través del mismo; y
dicho árbol de la leva (115) y una parte de dicho
rotor (232) pasan a través de dicho orificio del alojamiento.
12. El conjunto de embrague unidireccional de la
reivindicación 11 en el que dicho alojamiento (252) está retenido
mediante un anillo de retención (256) dispuesto en dicha ranura del
anillo de reten-
ción (238).
ción (238).
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