ES2372093T3 - Aparato de conmutación. - Google Patents
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Abstract
Aparato de conmutación (1), de forma preferida interruptor de potencia, con al menos un borne de entrada (2) y al menos un borne de salida (3) para la conexión de conductores eléctricos, así como con un primer contacto de conmutación (4) y un segundo contacto de conmutación, en donde los contactos de conmutación (4) cierran en una posición de cierre una ruta de corriente entre el borne de entrada (2) y el borne de salida (3), estando previsto un dispositivo de disparo por sobrecorriente (6) para separar el primer contacto de conmutación (4) y el segundo contacto de conmutación, en donde el dispositivo de disparo por sobrecorriente (6) comprende al menos un elemento bimetálico (7), el cual es calentado por el flujo de corriente eléctrica, estando dispuesto, en la zona de una fijación (8) del elemento bimetálico (7), al menos un aislante térmico (9) para reducir la evacuación de calor desde el elemento bimetálico (7), y en donde el elemento bimetálico (7) está fijado a un primer conductor (10) de la ruta de corriente, caracterizado porque el elemento bimetálico (7) está unido al primer conductor (10) por medio de al menos un remache de unión (12), y porque el aislante térmico (9) comprende el remache de unión (12).
Description
Aparato de conmutación
La invención se refiere a un aparato de conmutación conforme al preámbulo de la reivindicación 1.
Se conocen aparatos de conmutación que, en el caso de corrientes excesivas en una red de conductores que perduren durante un tiempo prefijable, separan esta red de conductores de una red de alimentación para impedir la alimentación ulterior de corriente eléctrica. Por medio de esto se evita un daño, por ejemplo un incendio de cable que podría producirse a causa del mayor calentamiento de los conductores como consecuencia del excesivo flujo de corriente. Los aparatos de conmutación de este tipo presentan por ello un llamado dispositivo de disparo por sobrecorriente, que comprende por ejemplo un bimetal que se calienta bajo la acción del flujo de corriente en la red de conductores, con lo que se flexiona el elemento bimetálico. Con un grado prefijable del flexionado del elemento bimetálico, que es proporcional a un calentamiento prefijable de la red de conductores, el elemento bimetálico acciona un dispositivo de disparo mecánico, el cual separa los contactos de conmutación del aparato de conmutación, e impide el ulterior flujo de corriente.
El inconveniente en este tipo de aparatos de conmutación conocidos es que sobre todo en el caso de una sobrecorriente tan solo pequeña, son muy reducidas la precisión del disparo del aparato de conmutación así como la capacidad de reproducción del disparo del aparato de conmutación. En el caso de aparatos de conmutación conocidos se produce con frecuencia el problema de que – sobre todo en el caso de sobrecorrientes pequeñas, en las que una disparo del aparato de conmutación sólo debe realizarse después de un tiempo amplio – el aparato de conmutación se dispara demasiado tarde. Esto conduce a un riesgo para personas e instalaciones.
El documento DE 33 38 799 A1 describe un interruptor de protección de conductor con un disparador térmico, el cual comprende un elemento bimetálico calentado en el flujo de corriente directo. En los puntos de unión del elemento bimetálico con los terminales de conexión o con otro cordón está dispuesto en cada caso un elemento, de un material resistivo eléctrico, entre el elemento bimetálico y el terminal de conexión o el cordón, para impedir la evacuación de calor desde el elemento bimetálico o calentar el mismo. Del documento US 4 486 732 A se conoce un elemento protector de motor compensado ambientalmente, con un elemento bimetálico y un elemento calefactor. El documento DE 10 2006 005697 A1 da a conocer un dispositivo para disparar un aparato de conmutación, el cual presenta como disparador por sobrecorriente un elemento bimetálico.
La misión de la invención consiste por lo tanto en indicar un aparato de conmutación de la clase citada al comienzo, con el que puedan evitarse los inconvenientes citados, y con el que puedan mejorarse la precisión y el grado de capacidad de reproducción del disparo del aparato de conmutación, así como el ajuste del dispositivo de disparo por sobrecorriente.
Esto se resuelve conforme a la invención mediante las particularidades de la reivindicación 1.
Por medio de esto puede reducirse la evacuación de calor o refrigeración del elemento bimetálico a través de su fijación. La evacuación de calor o refrigeración del elemento bimetálico a través de su fijación conduce a que el flexionado del elemento bimetálico no sólo depende de la magnitud o del valor de la corriente en la ruta de corriente a través del aparato de conmutación, sino precisamente también de otras magnitudes que no están forzosamente relacionadas con el valor de la corriente, lo que tiene como consecuencia que el disparo de los aparatos de conmutación conocidos puede ser impreciso y con poca capacidad de reproducción. Mediante las particularidades de la reivindicación 1 pueden aumentarse la precisión y el grado de capacidad de reproducción del disparo del aparato de conmutación a través del elemento bimetálico. Por medio de esto puede mejorarse el ajuste del elemento bimetálico o del dispositivo de disparo por sobretensión.
Las reivindicaciones subordinadas, que al igual que la reivindicación 1 forman una parte de la descripción, afectan a otras configuraciones ventajosas de la invención.
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La invención se describe con más detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que sólo se han representado a modo de ejemplo formas de ejecución preferidas. Con ello muestran:
la fig. 1 una forma de ejecución preferida de un aparato de conmutación conforme a la invención
en representación fragmentada axonométrica;
la fig. 2 una forma de ejecución preferida de una disposición formada un por elemento bimetálico y
un primer contacto de conmutación en representación axonométrica parcialmente
seccionada;
la fig. 3 la disposición conforme a la fig. 2 en representación axonométrica no seccionada;
la fig. 4 un detalle de la disposición conforme a la fig. 2 en planta lateral, con representación
partida por zonas;
la fig. 5 la representación conforme a la fig. 2 con una pieza constructiva adicional; y
la fig. 6 la representación conforme a la fig. 3 con una pieza constructiva adicional.
La fig. 1 muestra un aparato de conmutación 1, de forma preferida un interruptor de potencia, con al menos un borne de entrada 2 y al menos un borne de salida 3 para la conexión de conductores eléctricos, así como con un primer contacto de conmutación 4 y un segundo contacto de conmutación, en donde los contactos de conmutación 4 cierran en una posición de cierre una ruta de corriente entre el borne de entrada 2 y el borne de salida 3, en donde está previsto un dispositivo de disparo por sobrecorriente 6 para separar el primer contacto de conmutación 4 y el segundo contacto de conmutación, y en donde el dispositivo de disparo por sobrecorriente 6 comprende al menos un elemento bimetálico 7, el cual es calentado por el flujo de corriente eléctrica, en donde en la zona de una fijación 8 del elemento bimetálico 7 está dispuesto al menos un aislante térmico 9 para reducir la evacuación de calor desde el elemento bimetálico 7.
Por medio de esto puede reducirse la evacuación de calor o refrigeración del elemento bimetálico 7 a través de su fijación 8. La evacuación de calor o refrigeración del elemento bimetálico 7 a través de su fijación 8 conduce a que el flexionado del elemento bimetálico 7 no depende sólo de la magnitud o del valor de la corriente en la ruta de corriente a través del aparato de conmutación 1, sino precisamente también de otras magnitudes que no están forzosamente relacionadas con el valor de la corriente, lo que tiene como consecuencia que el disparo de aparatos de conmutación 1 conocidos puede ser impreciso y con poca capacidad de reproducción. Mediante las particularidades conforme a la invención pueden aumentarse la precisión y el grado de capacidad de reproducción del disparo del aparato de conmutación 1 a través del elemento bimetálico 7. Por medio de esto puede mejorarse el ajuste del elemento bimetálico 7 o del dispositivo de disparo por sobretensión 6.
La fig. 1 muestra una serie de grupos constructivos de una forma de ejecución preferida de un aparato de conmutación 1 conforme a la invención en representación fragmentada axonométrica. Se ha representado una ejecución de un aparato de conmutación 1 con tres tramos de conmutación o rutas de corriente, pudiendo estar previsto cualquier número de tramos de conmutación o rutas de corriente conmutables. De forma preferida están previstos aparatos de conmutación 1 conforme a la invención con una, dos, tres o cuatro rutas de corriente. De forma correspondiente al número de rutas de corriente está previsto en cada caso el mismo número de bornes de entrada 2 o bornes de salida 3. En las figuras 1 a 4 están representadas en cada caso solamente partes fijadas a la carcasa de los bornes de entrada 2 o bornes de salida 3. Los bornes de entrada 2 o bornes de salida 3 afectados comprenden normalmente, además de las partes representadas, en cada caso al menos un tornillo aprisionador así como, de forma preferida, en cada caso al menos una jaula de bornes que puede moverse mediante el tornillo aprisionador.
El aparato de conmutación 1 comprende en la ejecución preferida representada una carcasa de material aislante, la cual en la forma de ejecución preferida comprende una semicarcasa inferior 15 y una semicarcasa superior 16. Al menos un primer contacto de conmutación 4 está situado en una posición de cierre sobre al menos un segundo contacto de conmutación el cual, en la forma de ejecución representada, no está dispuesto de forma visible dentro del grupo constructivo de la cámara extintora de arcos eléctricos 14.
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Está previsto conforme a la invención que el elemento bimetálico 7 esté fijado en un punto prefijable dentro del aparato de conmutación 1. Está previsto de forma preferida – como se ha representado – que el elemento bimetálico 7 esté fijado a un primer conductor 10 de la ruta de corriente, el cual está asociado de forma preferida al borne de entrada 2 y/o al borne de salida 3. En la forma de ejecución preferida representada a través del elemento bimetálico 7 fluye directamente corriente, con lo que éste forma por sí mismo parte de la ruta de corriente y se calienta directamente mediante la corriente. Sin embargo, también puede estar previsto que el elemento bimetálico se caliente por completo o adicionalmente de forma indirecta, por medio de que por ejemplo esté dispuesto un conductor por el que fluye corriente sobre el elemento bimetálico 7. Mediante la fijación del elemento bimetálico 7 al primer conductor 10 se ayuda ventajosamente la forma de ejecución preferida, ya que esto conduce a una estructura especialmente sencilla y que puede fabricarse de forma económica.
Conforme aumenta el calentamiento del elemento bimetálico 7 a causa del flujo de corriente, éste se flexiona más. Con un grado prefijable del flexionado del elemento bimetálico 7, que es proporcional a un calentamiento prefijable de la red de conductores, el elemento bimetálico 7 provoca una disparo del dispositivo de disparo por sobretensión 6, el cual separa los contactos de conmutación 4 del aparato de conmutación 1, ya sea indirectamente o también a través de otro dispositivo de disparo mecánico que coopera con el dispositivo de disparo por sobrecorriente 6 o es controlado por el mismo, e impide el ulterior flujo de corriente. La forma de ejecución preferida representada de un aparato de conmutación 1 presenta para esto una palanca articulada 18. La palanca articulada 18 puede activarse con ello directamente mediante el elemento bimetálico 7. Está previsto de forma preferida que el elemento bimetálico 7 – como se ha representado en las figuras 5 y 6 – presente un tornillo de ajuste 23, y que el tornillo de ajuste 23 accione en el caso de un flexionado prefijable del elemento bimetálico 7 el eje de disparo 13. Mediante el tornillo de ajuste 23 puede prefijarse o ajustarse también el flexionado del elemento bimetálico 7, necesario para un accionamiento del eje de disparo 13. Asimismo está previsto de forma preferida que el eje de disparo 13 esté también asociado a un disparador por cortocircuito 19, dispuesto asimismo de forma preferida en el aparato de conmutación 1, y que este disparador por cortocircuito 19 esté configurado para, mediante una palanca articulada 18, accionar el eje de disparo 13. En el caso de una magnitud prefijable del flexionado del elemento bimetálico 7, éste mueve con el tornillo de ajuste 23 el eje de disparo 13, el cual acciona el cerrojo de interruptor 5. El cerrojo de interruptor 5 sirve para la apertura y el cierre manuales de los contactos de conmutación 4 mediante la palanca de accionamiento 17, así como para separar los contactos de conmutación 4 durante el disparo del dispositivo de disparo por sobrecorriente 6 o del disparador por cortocircuito 19. Las figuras 2 a 6 muestran diferentes vistas de una forma de ejecución preferida de una disposición formada por el elemento bimetálico 7 y el primer contacto de conmutación 4, en donde en la zona de una fijación 8 del elemento bimetálico 7 está dispuesto al menos un aislante térmico 9 para reducir la evacuación de calor desde el elemento bimetálico 7. El elemento bimetálico 7 está fijado con un primer extremo 21 al primer conductor 10, en donde aparte de la fijación representada mediante un remache de unión 12 también puede estar prevista la fijación mediante atornillado, aprisionado, soldadura o estañado. En el segundo extremo 22 del elemento bimetálico 7, situado enfrente del primer extremo 21, está dispuesto un conductor flexible 20 que une el elemento bimetálico 7 con el primer contacto de conmutación 4.
Para reducir la evacuación de calor desde el elemento bimetálico 7 puede estar previsto cualquier tipo de aislante térmico 9. Por ejemplo en el caso de una utilización junto con un elemento bimetálico 7 calentado indirectamente pueden estar previstos, por ejemplo, aislantes que comprendan vidrio y/o cerámica. En la forma de ejecución representada preferida, en la que por el elemento bimetálico 7 fluye corriente en la ruta de corriente directa, está previsto de forma preferida que el aislante térmico 9 esté configurado como conductor eléctrico metálico, estando previsto asimismo de forma preferida que el aislante térmico 9, para aumentar la resistencia eléctrica, esté configurado en la zona de la fijación 8. Por medio de esto puede conseguirse adicionalmente, aparte de la reducción de la evacuación de calor o refrigeración del elemento bimetálico 7 a través del primer conductor 10 o del borne de entrada o salida 2, 3, que el elemento bimetálico 7 se caliente adicionalmente a través del aislante térmico 9. Debido a que este calentamiento adicional tiene lugar en el primer extremo 21, y de este modo especialmente lejos del segundo extremo 22, es especialmente elevada la acción mecánica que materializa este calentamiento adicional en forma de un mayor flexionado, así como de un mayor par de giro, que es capaz de aplicar el elemento bimetálico 7. Por medio de esto no sólo puede aumentarse la eficacia mecánica del elemento bimetálico 7, sino que puede mejorarse además la precisión de disparo mediante
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la ulterior reducción de la influencia de acciones físicas externas sobre el calentamiento del elemento bimetálico 7.
Está previsto de forma especialmente preferida, y como se ha representado en las figuras 1 a 4, que el aislante térmico 9 comprenda una placa 11, que esté dispuesta entre el primer conductor 10 y el elemento bimetálico 7. Mediante una placa 11 de este tipo o una chapa de este tipo puede conseguirse tanto una elevada estabilidad mecánica como una elevada medida de aislamiento térmico. De forma preferida está previsto que la placa 11 presente una conductividad eléctrica que sea inferior a 350 W/(m*K), en especial inferior a 200 W/(m*K), de forma preferida inferior a 85 W/(m*K). “W” designa con ello la potencia en vatios, “m” la dilatación longitudinal en metros, “K” la temperatura absoluta en grados Kelvin, y “*” el operador para una multiplicación. Por medio de esto la evacuación de calor a través de la placa es menor que la evacuación de calor en el caso de contacto directo con el primer conductor 10 – normalmente formado por cobre. Con relación a esto puede estar previsto que la placa 11 pueda comprender cualquier material con un valor de conducción térmica menor que el del cobre, pudiendo estar previsto, conforme a otra forma de ejecución preferida ya representada, que la placa 11 sea asimismo un conductor eléctrico metálico en el sentido técnico, y que por ello presente una resistencia eléctrica específica inferior a 0,5 Q*mm²/m, de forma preferida inferior a 0,2 Q*mm²/m, pero mayor que la resistencia eléctrica específica del cobre (aprox. 0,01724 Q*mm²/m). En las formas de ejecución preferidas de un aparato de conmutación 1 conforme a la invención puede estar previsto por ello que la placa 11 esté configurada comprendiendo al menos un material elegido del grupo: aluminio, latón, cinc, acero, de forma preferida acero inoxidable, níquel, hierro, platino, estaño, tántalo, plomo y/o titanio. Aquí es especialmente preferida la ejecución de la placa 11 que comprenda acero, de forma preferida acero inoxidable, con lo que puede conseguirse un equilibrio especialmente ventajoso entre conductividad eléctrica, resistencia y aislamiento térmico de calor. Aparte de esto, el acero presenta una buena capacidad de tratamiento mecánico y costes reducidos.
Como ya se ha presentado, puede estar prevista cualquier clase de fijación del elemento bimetálico 7 con el primer conductor 10. De forma especialmente preferida y como se ha representado en las figuras 1 a 4, está previsto que el elemento bimetálico 7 esté unido al primer conductor 10 a través de al menos un remache de unión 12. Para aumentar todavía más la acción del aislante térmico 9, está previsto de forma preferida que el aislante térmico 9 comprenda el remache de unión 12. Sin embargo, también puede estar previsto que el aislante térmico 9 comprenda solamente al menos un remache de unión 12, y que esté libre de placas 11 entre el elemento bimetálico 7 y el primer conductor 10.
A la hora de configurar el remache de unión 12 está previsto de forma preferida que éste presente una conductividad térmica que sea inferior a 350 W/(m*K), en especial inferior a 250 W/(m*K), de forma preferida inferior a 150 W/(m*K). “W” designa con ello la potencia en vatios, “m” la dilatación longitudinal en metros, “K” la temperatura absoluta en grados Kelvin, y “*” el operador para una multiplicación. Por medio de esto la evacuación de calor a través de un remache de unión 12 configurado de este modo es menor que la evacuación de calor en el caso de un remache de unión 12 de cobre. Con relación a esto puede estar previsto que el remache de unión 12 pueda comprender cualquier material con un valor de conducción térmica menor que el del cobre, pudiendo estar previsto, conforme a otra forma de ejecución preferida ya representada, que el remache de unión 12 sea asimismo un conductor eléctrico metálico en el sentido técnico, y que por ello presente una resistencia eléctrica específica inferior a 0,5 Q* mm²/m. Aparte de los parámetros técnicos que afectan a la conductividad eléctrica y térmica, para la utilización de un material que pueda aplicarse en el caso de un remache de unión 12, es asimismo esencial la posibilidad de una capacidad de deformación mecánica dúctil. En las formas de ejecución preferidas de un aparato de conmutación 1 conforme a la invención puede preverse además que el remache de unión 12 esté configurado comprendiendo al menos un material elegido del grupo: aluminio, latón, cinc, acero, de forma preferida acero inoxidable, níquel, hierro, platino, estaño, tántalo, plomo y/o titanio. Está previsto de forma especialmente preferida que el remache de unión 12 comprenda latón, pudiendo estar prevista aquí cualquier clase de aleación de latón, que comprenda cobre y cinc.
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Claims (9)
- REIVINDICACIONES1. Aparato de conmutación (1), de forma preferida interruptor de potencia, con al menos un borne de entrada (2) y al menos un borne de salida (3) para la conexión de conductores eléctricos, así como con un primer contacto de conmutación (4) y un segundo contacto de conmutación, en donde los contactos de conmutación (4) cierran en una posición de cierre una ruta de corriente entre el borne de entrada (2) y el borne de salida (3), estando previsto un dispositivo de disparo por sobrecorriente (6) para separar el primer contacto de conmutación (4) y el segundo contacto de conmutación, en donde el dispositivo de disparo por sobrecorriente (6) comprende al menos un elemento bimetálico (7), el cual es calentado por el flujo de corriente eléctrica, estando dispuesto, en la zona de una fijación (8) del elemento bimetálico (7), al menos un aislante térmico (9) para reducir la evacuación de calor desde el elemento bimetálico (7), y en donde el elemento bimetálico(7) está fijado a un primer conductor (10) de la ruta de corriente, caracterizado porque el elemento bimetálico (7) está unido al primer conductor (10) por medio de al menos un remache de unión (12), y porque el aislante térmico (9) comprende el remache de unión (12).
- 2. Aparato de conmutación (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conductor(10) de la ruta de corriente está asociado al borne de entrada (2) o al borne de salida (3).
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- 3.
- Aparato de conmutación (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el aislante térmico (9) está configurado como conductor eléctrico metálico.
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- 4.
- Aparato de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el aislante térmico (9) está configurado, para aumentar la resistencia eléctrica, en la zona de la fijación (8).
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- 5.
- Aparato de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el aislante térmico (9) comprende una placa (11), que está dispuesta entre el primer conductor (10) y el elemento bimetálico (7).
-
- 6.
- Aparato de conmutación (1) según la reivindicación 5, caracterizado porque la placa (11) presenta una conductividad eléctrica que es inferior a 350 W/(m*K), en especial inferior a 200 W/(m*K), de forma preferida inferior a 85 W/(m*K).
-
- 7.
- Aparato de conmutación (1) según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la placa (11) está configurada comprendiendo al menos un material elegido del grupo: aluminio, latón, cinc, acero, de forma preferida acero inoxidable, níquel, hierro, platino, estaño, tántalo, plomo y/o titanio.
-
- 8.
- Aparato de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el remache de unión (12) presenta una conductividad térmica que es inferior a 350 W/(m*K), en especial inferior a 250 W/(m*K), de forma preferida inferior a 150 W/(m*K).
-
- 9.
- Aparato de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el remache de unión (12) está configurado comprendiendo al menos un material elegido del grupo: aluminio, latón, cinc, acero, de forma preferida acero inoxidable, níquel, hierro, platino, estaño, tántalo, plomo y/o titanio.
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