ITMI20011203A1

ITMI20011203A1 - SWITCH WITH THERMAL CIRCUIT BREAKER

Info

Publication number: ITMI20011203A1
Application number: IT2001MI001203A
Authority: IT
Inventors: Antonio Coppola; Giancarlo Lupoli
Original assignee: Signal Lux Italia Spa
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-07
Also published as: EP1265262A1; ITMI20011203A0

Description

La presente invenzione si riferisce ad un interruttore con disgiuntore termico The present invention relates to a switch with a thermal cut-out

preambolo della rivendicazione 1. preamble of claim 1.

Gli interruttori incorporanti un disgiuntare termico sono noti. Un interruttore con disgiuntore termico è ad esempio descritto nell'US-A-4.167.720. Questo noto interruttore comprende una lamina bimetallica (come disgiuntore termico), una leva a squadra, una leva di blocco ed un tasto basculante. In caso di sovracorrente la lamina bimetallica sposta la leva a squadra che si separa dalla leva di blocco consentendo a quest'ultima di ruotare (per effetto di molle). Tale rotazione consente l'apertura di un contattore (su cui la leva di blocco agiva tenendolo chiuso) e la concomitante rotazione del tasto basculante in posizione di "off" (circuito aperto). Il noto interruttore ha l'inconveniente di richiedere una pluralità di componenti, alcuni complessi e possibilmente soggetti ad usurarsi entro un numero di cicli relativamente brevi. Switches incorporating a thermal cut-out are known. A circuit breaker with thermal cut-out is described for example in US-A-4.167.720. This known switch comprises a bimetallic sheet (as a thermal circuit breaker), an angle lever, a locking lever and a rocker button. In the event of an overcurrent, the bimetallic sheet moves the angle lever which separates from the locking lever allowing the latter to rotate (due to the effect of springs). This rotation allows the opening of a contactor (on which the locking lever operated keeping it closed) and the concomitant rotation of the rocker switch in the "off" position (open circuit). The known switch has the drawback of requiring a plurality of components, some complex and possibly subject to wear out within a relatively short number of cycles.

Inoltre il fatto che il tasto ritorni automaticamente in posizione di "off" nel caso di inaccettabili sovracorrenti, nonostante sia all'apparenza un'aspetto vantaggioso, costituisce in realtà un punto di debolezza dell'interruttore, da un lato perché il collegamento cinematico tra leva di blocco e tasto è soggetto a forte usura e dall'altro perché non fornisce all'utente alcuna informazione visiva dello stato del circuito in cui l'interruttore è posto. Furthermore, the fact that the button automatically returns to the "off" position in the event of unacceptable overcurrents, despite apparently an advantageous aspect, actually constitutes a weak point of the circuit-breaker, on the one hand because the kinematic connection between the lever of lock and key is subject to heavy wear and on the other because it does not provide the user with any visual information of the state of the circuit in which the switch is placed.

Scopo precipuo della presente invenzione è quello di realizzare un interruttore con disgiuntore termico dì costruzione semplificata, quindi economico e di maggiore durata di vita. The main purpose of the present invention is that of realizing a circuit breaker with a thermal breaker of simplified construction, therefore economical and with a longer life.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un interruttore con disgiuntore termico, di tipo bipolare semplificato, in grado di fornire all'utente una inclinazione visiva delle condizioni del circuito in cui è montato. Another object of the present invention is to provide a simplified bipolar circuit breaker with thermal breaker, capable of providing the user with a visual inclination of the conditions of the circuit in which it is mounted.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di realizzare un interruttore con disgiuntore termico, compatto, ad alto potere d'interruzione di corrente e dotato di una vita utile contrassegnata da un elevato numero di cicli così da poter essere vantaggiosamente inpìegato nel campo dei motori elettrici ove è necessario un numero elevato di azionamento. A further object of the invention is that of realizing a circuit breaker with thermal circuit breaker, compact, with high current breaking capacity and endowed with a useful life marked by a high number of cycles so as to be advantageously used in the field of electric motors where a large number of actuation is required.

Questi scopi, oltre ad altri che megli risulteranno dalla descrizione dettagliata ch segue, vengono raggiunti da un interruttore co disgiuntore termico conforme agli insegnamenti tecnici riportati nelle annesse rivendicazioni. These objects, as well as others which will better emerge from the detailed description which follows, are achieved by a thermal cut-out switch conforming to the technical teachings set forth in the attached claims.

L' invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a puro titolo esemplificativo e quindi non limitativo di sue preferite forme di realizzazione illustrate nell'annesso disegno, in cui: The invention will be better understood from the following detailed description, provided purely by way of example and therefore not limiting, of its preferred embodiments illustrated in the attached drawing, in which:

la figura 1 mostra una vista prospettica dell'interruttore (con corpo di contenimento rimosso e solo indicato con linea a tratto interrotto) con i suoi componenti in posizione di chiusura (ON) del circuito in cui va inserito; Figure 1 shows a perspective view of the circuit-breaker (with the containment body removed and only indicated by a broken line) with its components in the closed position (ON) of the circuit in which it is to be inserted;

la figura 2 mostra nelle stesse condizioni operative (cioè di ON) e sotto una diversa angolatura una ulteriore vista prospettica dell'interruttore, vista che può considerarsi presa obliquamente dal basso di figura 1; Figure 2 shows in the same operating conditions (ie ON) and under a different angle a further perspective view of the circuit-breaker, which can be considered taken obliquely from the bottom of Figure 1;

la figura 3, mostra una vista prospettica sostanzialmente analoga a quella di figura 1, ma con interruttore in posizione aperta (cioè di OFF); Figure 3 shows a perspective view substantially similar to that of Figure 1, but with the switch in the open position (ie OFF);

la figura 4 mostra una vista prospettica dal basso dell'interruttore in una posizione apert (cioè di OFF); Figure 4 shows a bottom perspective view of the circuit breaker in an open (i.e. OFF) position;

la figura 5 mostra, sotto una divers angolatura, l'interruttore in una posizione di OFF; Figure 5 shows, under a different angle, the switch in an OFF position;

la figura 6 mostra, sotto una diversa angolatura ancora, l'interruttore in una posizione di OFF; Figure 6 shows, under a still different angle, the switch in an OFF position;

la figura 7 mostra schematicamente l'interruttore delle figure precedenti inserito in un circuito di utilizzazione; figure 7 schematically shows the switch of the preceding figures inserted in a utilization circuit;

la figura 8 mostra in sezione verticale, sostanzialmente corrispondente ad un piano di traccia F-F di fig. 2 dell'interruttore delle fig. Figure 8 shows a vertical section, substantially corresponding to a plane marked F-F of Fig. 2 of the switch of figs.

1-6 in posizione di chiusura (ON); 1-6 in closed position (ON);

la figura 9 mostra in sezione parziale e verticale il dettaglio relativo alla zona dell'interruttore ove è presente la lamina bimetallica ed il contattore associato ad essa detta sezione parziale essendo fatta in un piano perpendicolare a quello del piano di traccia F-F, in posizione di chiusura (ON) dell'interruttore; la figura 10 mostra schematicamente una vista nel senso della freccia A di figura 9. Figure 9 shows in partial and vertical section the detail relating to the circuit breaker area where the bimetallic foil and the contactor associated with it are present, said partial section being made in a plane perpendicular to that of the plane of track F-F, in the closed position (ON) of the switch; Figure 10 schematically shows a view in the direction of the arrow A of Figure 9.

L'interruttore dotato di protezione termica riprodotto a puro titolo di esempio in essi disegni è un interruttore bipolare, anche se l'invenzione prevede l'estensione ad "n" polarità ove "n" è un numero intero maggiore di 1. The circuit breaker equipped with thermal protection reproduced purely by way of example in these drawings is a bipolar circuit breaker, even if the invention provides for the extension to "n" polarity where "n" is an integer greater than 1.

L'interruttore comprende un corpo scatolare 1 (fig. 1 e 8) di materiale plastico che sopporta girevole un tasto 2 di tipo basculante, fornito allo scopo di perni laterali 3 accolli in corrispondenti sedi, non riprodotte, del corpo scatolare 1. The switch comprises a box-shaped body 1 (fig. 1 and 8) of plastic material which rotatably supports a rocker-type button 2, provided for this purpose with lateral pins 3 accommodated in corresponding seats, not reproduced, of the box-shaped body 1.

Il tasto 2 (pure di plastica) presenta una terna di guance di guida 4, 5, 6 tra loro parallele. Le guance 4, 5 sono unite da un setto trasversale intermedio 7 che reca, rivolta verso il basso, una protuberanza 7A fungente da guidamolla per una molla di compressione 8 (fig. 1 e 8). Questa molla 8 (vedi in particolare fig. 8) insiste con la sua estremità libera contro un organo di contatto basculante 9, sostanzialmente ad Ω (omega) rovesciato, di metallo elettricamente conduttivo, centralmente imperniato, in 10, sulla costola o lato superiore di una lamina conduttrice 11 montata nel corpo 1 e fuoriuscente da questo per permettere le necessarie connessioni elettriche con il circuito in cui l'interruttore è collocato. Uno dei bracci 9A dell'organo di contatto basculante 9 reca un contatto 9B atto a cooperare con un controcontatto 9C presente su un lato di una lamina conduttrice 12 conformata ad L rovesciata montata nel corpo 1 e fuoriuscente da questi per permettere il collegamento elettrico al circuito citato. Contatto 9B e controcontatto 9C formano congiuntamente un primo contattore. The key 2 (also made of plastic) has a triad of guide cheeks 4, 5, 6 parallel to each other. The cheeks 4, 5 are joined by an intermediate transverse septum 7 which bears, facing downwards, a protuberance 7A acting as a spring guide for a compression spring 8 (fig. 1 and 8). This spring 8 (see in particular fig. 8) insists with its free end against a pivoting contact member 9, substantially with an inverted Ω (omega), of electrically conductive metal, centrally pivoted, at 10, on the rib or upper side of a conductive sheet 11 mounted in the body 1 and protruding therefrom to allow the necessary electrical connections with the circuit in which the switch is located. One of the arms 9A of the pivoting contact member 9 carries a contact 9B adapted to cooperate with a counter-contact 9C present on one side of an inverted L-shaped conducting foil 12 mounted in the body 1 and protruding therefrom to allow the electrical connection to the circuit quoted. Contact 9B and counter-contact 9C jointly form a first contactor.

In corrispondenza di uno dei due bracci 9A dell'organo basculante di contatto 9 è prevista una aletta sporgente 9D su cui (come sarà meglio chiarito in seguito) è destinato ad agire il setto trasversale 7 per ottenere (nell'apertura dell'interruttore) il basculamento forzato dell'organo basculante di contatto 9 nel corso di un primo tratto della escursione angolare del tasto 2. In correspondence with one of the two arms 9A of the rocking contact member 9 there is provided a protruding tab 9D on which (as will be better explained later) the transverse partition 7 is intended to act to obtain (in the opening of the circuit-breaker) the forced tilting of the rocking contact member 9 during a first section of the angular excursion of the key 2.

L'interruttore comprende inoltre una ulteriore lamina conduttrice 13, montata nel corpo 1 e fuoriuscente dallo stesso per permettere il collegamento elettrico al circuito citato. La lamina conduttrice 13 reca un contatto 13A destinato a cooperare elettricamente con un controcontatto 14A di una lamina bimetallica 14 fissata su un lato (opposto a quello del controcontatto 14A vedi in particolare fig. 10) ad una lamina conduttrice 15 così da risultare a sbalzo. La lamina conduttrice 15 è montata nel corpo 1 e fuoriesce dallo stesso per permettere il collegamento elettrico ai più volte citato circuito. Il contatto 13A ed il controcontatto 14A formano un secondo contattore. The switch also comprises a further conductive foil 13, mounted in the body 1 and protruding therefrom to allow the electrical connection to the aforementioned circuit. The conductive foil 13 carries a contact 13A intended to electrically cooperate with a counter contact 14A of a bimetallic foil 14 fixed on one side (opposite to that of the counter contact 14A see in particular Fig. 10) to a conductive foil 15 so as to be cantilevered. The conductive foil 15 is mounted in the body 1 and protrudes therefrom to allow the electrical connection to the aforementioned circuit. The contact 13A and the counter-contact 14A form a second contactor.

Nel corpo 1 è montato scorrevole un pistoncino 16 su cui opera una molla di compressione 17 che tende a spostare il pistoncino stesso verso l'alto, cioè verso la sovrastante lamina bimetallica 14 (vedi in particolare fig. 9). Come meglio si comprenderà in seguito il pistoncino 16 potrà, a seconda delle condizioni operative dell'interruttore, insistere contro il bordo inferiore della lamina bimetallica 14 (come ad esempio si vede in fig. 9) oppure interporsi tra lamina bimetallica 14 e lamina conduttrice 13 (come ad esempio si vede in fig. 6) oppure essere distanziato dalla lamina bimetallica 14 (come ad esempio si vede in fig. 3). A piston 16 is slidably mounted in the body 1 on which a compression spring 17 operates which tends to move the piston itself upwards, ie towards the overlying bimetallic plate 14 (see in particular Fig. 9). As will be better understood hereinafter, the piston 16 may, depending on the operating conditions of the switch, insist against the lower edge of the bimetallic sheet 14 (as for example can be seen in fig. 9) or be interposed between the bimetallic sheet 14 and the conductive sheet 13 (as seen for example in Fig. 6) or be spaced from the bimetallic sheet 14 (as for example seen in Fig. 3).

Il tasto 2 prevede, sempre al suo interno, una prima camma 18 associata ad una parete o setto 19 (vedi in particolare fig. 9). In una data posizione del tasto 2 (nell'apertura dell'interruttore) la camma 18 viene a cooperare con una estremità superiore opportunamente piegata 14B della lamina bimetallica 14 in modo tale da flettere quest'ultima allontanando il controcontatto 14A dal contatto 13A, e da permettere a tale setto 19 di interporsi tra contatto 13A e controcontatto 14A così da aumentare il percorso di scarica quando i due vengono separati. The key 2 also has, inside it, a first cam 18 associated with a wall or partition 19 (see in particular Fig. 9). In a given position of the key 2 (in the opening of the switch) the cam 18 cooperates with a suitably bent upper end 14B of the bimetallic sheet 14 in such a way as to flex the latter by moving the counter-contact 14A away from the contact 13A, and from allowing said septum 19 to interpose between contact 13A and counter-contact 14A so as to increase the discharge path when the two are separated.

Il tasto 2 comprende inoltre una seconda camma o dito 20 destinato a spingere il pistoncino 16 in contrasto alla molla 17 in modo da allontanarlo dalla posizione in cui, in una certa condizione operativa (di cui alla fig. 6), si frappone tra lamina bimetallica 14 e lamina conduttrice 13. The key 2 also comprises a second cam or finger 20 intended to push the piston 16 against the spring 17 so as to move it away from the position in which, in a certain operating condition (as in fig. 6), it interposes between the bimetallic sheet 14 and conductive foil 13.

Come mostra lo schema elettrico di figura 7 in cui il carico C (ad esempio un motore) viene alimentato attraverso l'interruttore descritto ed in cui vengono adottati gli stessi riferimenti per indicare parti corrispondenti a quelle delle figure precedenti, le due fasi (F ed N) di alimentazione del carico C sono rispettivamente controllate dal primo contattore (formato dagli organi dì contatto 9B e 9C) e dal secondo contattore (formato dagli organi di contatto 13A e 14A, questi ultimi relativi al disgiuntore termico di cui la lamina bimetallica 14 costituisce la parte attiva). As shown in the wiring diagram of figure 7 in which the load C (for example a motor) is powered through the described switch and in which the same references are adopted to indicate parts corresponding to those of the previous figures, the two phases (F and N) supplying the load C are respectively controlled by the first contactor (formed by the contact members 9B and 9C) and by the second contactor (formed by the contact members 13A and 14A, the latter relative to the thermal circuit breaker of which the bimetallic plate 14 constitutes the active part).

Si supponga che l'utente agendo sul tasto basculante 2 abbia portato l'interruttore in posizione di "ON" per alimentare il carico C (tale situazione si riflette in particolare nelle fig. 1, 2, 6 e 9). In questa posizione il primo contattore 9B e 9C è chiuso ed il secondo contattore 13A e 14A è pure chiuso. Il pistoncino 16 (vedi in particolare fig. 9) insiste sul bordo inferiore della lamina bimetallica 14. Il carico C viene alimentato. Quando l'utente vuole interrompere l'alimentazione al carico C interviene sul tasto 2. In una prima parte della sua escursione angolare il tasto 2 interferisce con il suo setto 7 con l'aletta sporgente 9A provocando l'apertura dell'interruttore 1 attraverso il forzato basculamento in posizione di apertura, (anche per intervento della molla 8), dell'organo di contatto 9, sicché il primo contattore 9B e 9C si apre. In questa prima parte della sua escursione angolare il tasto non ha ancora prodotto l'apertura del secondo contattore 13A, 14A (di cui fa parte la lamina bimetallica 14) ciò per il motivo che gii organi preposti ad un tale intervento (rappresentati dalla prima camma 18 e dal setto 19) sono disposti sfasati in modo da operare solo nella seconda parte della escursione angolare del tasto 2. In questa seconda parte della escursione angolare la camma 18 cooperando con l'estremità piegata 14B della lamina bimetallica 14 flette quest'ultima aprendo il secondo contattore 13A, 14A e poi interpone tra i due contatti 13A, 14A di esso secondo contattore il setto 19 così allungando il percorso di scarica tra i due contatti. Nel contempo la seconda camma 19 spinge il pistoncino 16 verso il basso allontanandolo dalla lamina bimetallica 14 (tale situazione è rappresentata nelle fig. 3 e 4). Let us suppose that the user acting on the rocker button 2 has brought the switch to the "ON" position to supply the load C (this situation is reflected in particular in figs. 1, 2, 6 and 9). In this position the first contactor 9B and 9C is closed and the second contactor 13A and 14A is also closed. The piston 16 (see in particular fig. 9) insists on the lower edge of the bimetallic sheet 14. The load C is powered. When the user wants to interrupt the power supply to load C, he intervenes on key 2. In a first part of its angular excursion, key 2 interferes with its septum 7 with the protruding flap 9A causing the switch 1 to open through the forced tilting in the opening position, (also by intervention of the spring 8), of the contact member 9, so that the first contactor 9B and 9C opens. In this first part of its angular excursion the button has not yet produced the opening of the second contactor 13A, 14A (of which the bimetallic sheet 14 is part) this for the reason that the organs responsible for such an intervention (represented by the first cam 18 and from the septum 19) are arranged out of phase so as to operate only in the second part of the angular excursion of the key 2. In this second part of the angular excursion the cam 18 cooperating with the bent end 14B of the bimetallic sheet 14 flexes the latter opening the second contactor 13A, 14A and then interposes between the two contacts 13A, 14A of the second contactor the partition 19 thus lengthening the discharge path between the two contacts. At the same time, the second cam 19 pushes the piston 16 downwards away from the bimetallic sheet 14 (this situation is shown in Figs. 3 and 4).

Con l'apertura prima del primo contattore 9B, 9C e poi del secondo contattore 13A, 14A si ottiene il vantaggio di eliminare quei fenomeni di scintillio che vanno a detrimento della durata di vita dei contatti 13A, 14A. With the opening first of the first contactor 9B, 9C and then of the second contactor 13A, 14A, the advantage is obtained of eliminating those sparking phenomena which are detrimental to the life span of the contacts 13A, 14A.

Si supponga ora che ad interruttore chiuso (cioè in ON), per cause accidentali la corrente circolante nel circuito del carico C (ad esempio un motore elettrico) raggiunga un valore tale da far intervenire il disgiuntore termico, cioè la lamina bimetallica 14. In tale evento la lamina bimetallica si flette, il secondo contattore 13A, 14A si apre ed il pistoncino 16 si interpone tra lamina conduttrice 13 e lamina bimetallica 14 impedendo la chiusura del contattore 13A, 14A anche quando la lamina bimetallica 14 si è raffreddata dato che il circuito di alimentazione del carico è stato interrotto (una tale situazione è espressa dalle fig. 5 e 6). Now suppose that with the circuit-breaker closed (i.e. in ON), for accidental causes the current circulating in the circuit of the load C (for example an electric motor) reaches a value such as to cause the thermal circuit breaker to intervene, i.e. the bimetallic plate 14. In this event the bimetallic foil flexes, the second contactor 13A, 14A opens and the piston 16 is interposed between the conductive foil 13 and the bimetallic foil 14, preventing the contactor 13A, 14A from closing even when the bimetallic foil 14 has cooled down since the circuit power supply to the load has been interrupted (such a situation is shown in fig. 5 and 6).

Se si vuole ripristinare l'alimentazione al carico C occorre riportare prima il tasto 2 nella posizione di "OFF" del tasto stesso. L'organo di contatto 9 bascula allora nella posizione di apertura del primo contattore 9B, 9C, e la seconda camma 19 sposta verso il basso il pistoncino 16, allontanandolo dalla posizione di interposizione tra lamina bimetallica 14 e lamina di contatto 13. Tuttavia il secondo contattore 13A, 14A non si chiude perché la prima camma 18 è intervenuta a tenere divaricata la lamina bimetallica 14, solo con il successivo passaggio del tasto in posizione di ON si otterrà il ripristino della alimentazione del carico C. Infatti l'organo basculante 9 bascula chiudendo il primo contattore 9B e 9C, la prima camma 18 (con il relativo setto 19) si allontana dalla lamina bimetallica 17 determinando la chiusura del secondo contattore 13a, 14a. La seconda camma 20 rilascia il pistoncino 16 che si arresta contro il bordo inferiore della lamina bimetallica 14. If you want to restore power to load C, you must first return key 2 to the "OFF" position of the key itself. The contact member 9 then swings into the opening position of the first contactor 9B, 9C, and the second cam 19 moves the piston 16 downwards, away from the position of interposition between the bimetallic plate 14 and the contact plate 13. However, the second contactor 13A, 14A does not close because the first cam 18 has intervened to keep the bimetallic sheet 14 apart, only with the subsequent passage of the key to the ON position will the power supply to the load C be restored. by closing the first contactor 9B and 9C, the first cam 18 (with the relative partition 19) moves away from the bimetallic lamina 17 causing the closing of the second contactor 13a, 14a. The second cam 20 releases the piston 16 which stops against the lower edge of the bimetallic sheet 14.

Claims

CLAIMS 1. Switch with bimetallic foil thermal circuit breaker (14), with rocker button (2), with at least one rocker contact member (9) operated by the button and equipped with a contact (9B) able to cooperate with a fixed counter-contact (9C ), said contact (9B) and said fixed counter-contact (9C) defining a first contactor, with a second contactor (13A, 14A) adapted to be activated by the key (2), characterized in that the second contactor (13A, 14A) it provides a fixed contact (13A) and a counter contact (14A) integral with the bimetallic sheet (14).

2. Switch according to claim 1, wherein the key (2) has a first cam (18) adapted to cooperate with the bimetallic foil (14) to produce its deflection and therefore the opening of the second contactor (13A, 14A) .

3. Switch according to claims 1 or 1 and 2, wherein the button (2) has a septum (19) suitable for interposing between contact (13A) and counter-contact (14A) of the second contactor (13A, 14A) to lengthen the path of discharge between them.

4. Switch according to at least one of the preceding claims, in which an elastically charged piston element (16) is provided (17) suitable for interposing between the bimetallic foil (14) and a fixed foil (13) carrying the contact (13A) of the second contactor (13A, 14A) in case of unacceptable overcurrent.

5. Switch according to claim 4, wherein the piston element (16) insists, with the second contactor closed (13A, 14A), against the lower edge of the bimetallic foil (14).

6. Switch according to at least one of the preceding claims 4 and 5, wherein the button (2) has a second cam (20) adapted to push the piston element (16) against the elastic load (17).

7. Switch according to claims 1 and at least one of claims 2 to 6, wherein the rocking contact member (9) and the button (2) have cooperating means (7 and 9D) to produce the forced rocking in opening of the first contactor (9B, 9C) in advance of the opening of the second contactor (13A, 14A).

Switch according to at least one of the preceding claims, in which the bimetallic foil (14) has a folded appendix (14B) suitable for cooperation with the first cam (18) for the purpose of opening the second contactor (13A, 14A).

9. Switch according to at least one of the preceding claims, in which the button (2) controls a plurality of rocking contact members (9) placed side by side.