ITMI942126A1 - Interruttore automatico miniaturizzato con morsetto polifunzionale e schermo di protezione contro gli archi elettrici interni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presenta Invenzione riguarda un Interruttore automatico (o breaker) miniaturizzato, con morsetto pol ifunzionale e schermo d1 protezione contro gl i archi elettrici interni .

Sono noti Interruttori automatici miniaturizzati di tipo modulare per Installazione su rotala con disposizione a più moduli giustapposti .

Questi Interruttori sono costituiti da un involucro in materiale Isolante di forma genericamente a parallelepipedo rettangolo appiattito con due facce parallele di maggiore estensione o fianchi ed altre facce di minor sviluppo corrispondenti, in relazione alle condizioni di Installazione, ad una faccia posteriore, una faccia frontale, una faccia superiore ed una faccia Inferiore.

L’Involucro è formato da due semlgusd accoppiati secondo un plano parallelo al fianchi ed in esso sono alloggiati i diversi componenti meccanici ed elettrici dell’Interruttore.

La disposizione del diversi componenti e l’accesso a questi dall’esterno sono condizionati dal la loro funzional ità e dal le modal ità di Instal lazione.

Per esemplo la faccia posteriore del l ’ Involucro deve essere dedicata al l ’ instal lazione meccanica del l ’ Interruttore sul supporto e presenta un recesso di alloggiamento di rotala e di supporto a cuì l ’interruttore si aggancia mediante denti a slitta disposti sulla parete posteriore.

Sul fronte si affacciano gli organi di azionamento manuale di segnalazione di interruttore e sulla faccia Inferiore e superiore siaprono rispettivamente un primo e secondo morsetto di serraggio di terminazioni elettriche esterne.

I fianchi plani dell’Interruttore non devono presentare Ingombri ed accessi a componenti Interni, salvo quelli necessari e specificatamente previsti per stabilire una eventuale interazione meccanica tra moduli affiancati.

Tra i componenti essenziali di un Interruttore di questo tipo, che deve essere in grado di Interrompere correnti di intensità elevata, vi è il labirinto di spegnimento (o più propriamente frazionamento) dell’arco elettrico che si sviluppa tra i contattidel l interruttore alla loro apertura.

Questo labirinto è alloggiato in una camera di spegnimento d’arco.

Le elevate temperature dell’arco, provocano, oltre che la Ionizzazione dell’aria contenuta nella camera di spegnimento, un considerevole aumento della sua pressione che può provocare l ’esplosione dell ’Interruttore, per evitare la quale occorre prevedere opportuni sfiati per l ’aria Ionizzata.

Questi sfiati devono convogl lare l ’aria Ionizzata lontano da componenti in tensione o elettricamente conduttivi per evitare che si Inneschino archi elettrici o scariche dovute al la conducibi l ità del gas Ionizzato.

L’efficacia e la prontezza dei dispositivi di spegnimento d’arco dipendono anche dalla rapidità con cui l ’aria Ionizzata in sovrappressione viene evacuata dalla camera di spegnimento.

Nel la maggior parte di Interruttori automatici , l 'evacuazione avviene attraverso un canale di evacuazione aperto sulla faccia Inferiore o superiore dell'Interruttore e passante tra uno dei morsetti e la faccia posteriore.

Il canale è convenientemente Isolato dalmorsetto per mezzo di nervature del due semlgusc che,seppure non a tenuta ermetica, formano un labirinto efficace nell’impedire flussi di aria Ionizzata verso il morsetto.

Recentemente sono stati Introdotti sul mercato degli interruttori automatici provvisti di un terzo morsetto di contatto a pinze elastiche per l’Inserzione di terminazioni esterne a lama o a spina, il terzo morsetto essendo aperto sulla parete posteriore dell’Interruttore ed elettricamente connesso ad uno degli altri due.

In questo caso non è possibile formare questo canale di evacuazione tra uno dei due morsetti e la parete posteriore per la presenza del terzo morsetto e relativa connessione elettrica con uno dei due morsetti .

Ciò obbliga a prevedere aperture di evacuazione molto meno efficaci in altri punti del l ’ Involucro.

Un ulteriore inconveniente di questo tipo di interruttori a tre morsetti è costituito dal la maggior complessità costruttiva, dal maggior numero di componenti da assemblare ed interconnettere e dalle inevitabil i resistenze di contatto localizzate che si formano nel la connessione elettrica, anche per saldatura, di elementi conduttori fisicamente distinti .

Un ulteriore inconveniente è inoltre costituito dalla notevole spinta che occorre esercitare per l’apertura della pinza elastica delmorsetto e l’inserzione della terminazione esterna a lama.

Questi Inconvenienti sono eliminati dall’interruttore automatico miniaturizzato oggetto della presente invenzione, provvisto di un morsetto polifunzionale che svolge congiuntamente la funzione di morsetto con serraggio a vite e la funzione di morsetto di contatto con pinze elastiche ed è Inoltre provvisto di uno schermo Isolante di protezione che avvolge l'estremità delle pinze elastiche e forma con nervature dell’Involucro un diaframma di separazione con tenuta a labirinto tra camera di spegnimento ad arco e morsetto ed una coppia di canali di sfiato affiancati alle pinze elastiche del morsetto e da questi Isolati.

Vantaggiosamente, secondo un ulteriore aspetto della presente Invenzione, lo schermo isolante è anche provvisto di un cuneo di precarico che, aprendo parzialmente le pinze, agevola le operazioni di inserzione della spina di contatto e riduce la forza da esercitare per l’operazione.

Secondo un ulteriore aspetto del la presente Invenzione, le pinze di contatto sono ottenute in monopezzo con una gabbia di morsetto, senza necessità di operazioni di interconnessione, el iminando ogni possibi le causa di resistenza localizzata e ducendo al minimo i l numero di componenti e le operazioni di assemblaggio.

Le caratteristiche e ivantaggi dell’Invenzione risulteranno più chiari dalla descrizione che segue di una forma preferita di realizzazione dell’Invenzione, fatta con riferimento al disegni allegati in cui:

- la figura 1 è una vista di insieme in sezione di una forma preferita di realizzazione di Interruttore secondo la presente invenzione;

- la figura 2 ò una vista in sezione secondo la vista I-I di figura 1 di un particolare dell’interruttore di figura 1;

- la figura 3 ò una vista prospettica esplosa di morsetto pollfunzlonale, diaframma Isolante di protezione e porzione di Involucro dell’Interruttore di figura 1;

- la figura 4 rappresenta uno sbozzato in lastra conduttrice per la formazione del morsetto pollfunzlonale di figura 3;

- la figura 5 rappresenta schematicamente in sezione l’Inserzione di un terminale a lama nelle pinze elastiche del morsetto di figura 3 e le forze di inserzione risultanti .

Con riferimento al la figura 1 , un interruttore automatico miniaturizzato secondo l ’ invenzione comprende un Involucro 50 a forma generica di paral lelepipedo rettangolo, costituito da due semigusd accoppiati , uno del qual i è rappresentato in sezione, secondo i l plano di accoppiamento, per dare maggiore ri l ievo al la struttura, Internamente nervata, del due semigusci .

Le cornici e le nervature interne del due semigusci si compenetrano opportunamente e posizionano reciprocamente in modo preciso i due semigusci tra loro ed i diversi componenti al loggiati relativamente all’Involucro.

I due semigusci sono recìprocamente fissati tra loro per mezzo di viti o rivetti passanti in aperture 51,52,53,54,55 perpendicolari al plano di rappresentazione.

L’Interruttore rappresentato è di tipo modulare per installazione su rotaia, con afflancamento di più moduli giustapposti secondo le facce degli Involucri parallele al plano d1 accoppiamento del semigusci o facce laterali.

L’interruttore presenta nella parete posteriore un recesso 56 destinato ad alloggiare una rotala di tipo normalizzato DIN a cui l'interruttore si aggancia per mezzo di slitte dentate di aggancio non rappresentate.

Nell’Involucro è alloggiata ed ivi posizionata con precisione una pluralità d1 componenti meccanici ed elettrici ed in particolare:

- un primo e secondo morsetto, rispettivamente 57 ,58, di connessione elettrica con terminazione di conduttori esterni , - una lama in bimetal lo 10 con un’estremità elettricamente e meccanicamente connessa al morsetto 57,

- un elettromagnete 59,

- un labi rinto 60 di spegnimento d’arco, anche noto come cel la delonlzzante,

- una leva 61 di armamento manuale articolata su un perno 62 1n posizione fissa dell’Involucro ed accoppiata ad una biella di armamento 2,

- un contatto fisso 3 supportato da una appendice metallica rigida 69 dell’elettromagnete 59, elettricamente connessa ad un terminale dell’avvolgimento di elettromagnete, l’altro terminale essendo connesso al morsetto 58,

- un contatto mobile 4 all’estremità di un braccio di contatto 51n materiale conduttore ed elettricamente connesso alla lama in bimetallo da una treccia flessibile in rame,

- un dispositivo di sgancio, comprendente il braccio di contatto 5 e altri elementi collettivamente Identificato dal numerale 6 e provvisto di un perno d1 rotazione 7 Innestato 1n posizione fissa dell'Involucro.

Poiché il dispositivo di sgancio esula dallo scopo della presente Invenzione, non ne viene fornita una descrizione di dettaglio e si Indica soltanto che può costituire un modo noto, un sottolnsleme unitario facilmente Installabile nell’involucro mediante Innesto delle estremità del perno 7 in opportune sedi del due semi gusci ,

- una sl itta 8 di accoppiamento meccanico unidi rezionale tra lama in bimetallo 10 e dispositivo di sgancio,

- un elettrodo di commutazione e guida d’arco 11 , elettricamente connesso alla lama in bimetallo 10,

- una vite 12 di taratura di protezione termica.

La vista di insieme dà una Idea della complessità costruttiva dell'Interruttore,delle difficoltà dimontaggio, dei requisiti di compattezza e di Ingombro ridotto che i diversi componentidevono avere perpoteressere contenuti in un Involucro di dimensioni limitate e del reciproci condizionamenti nella disposizione del componenti.

Il funzionamento di un Interruttore di questo tipo è noto: quando il dispositivo di sgancio viene armato manualmente, i due contatti 3 e 4 vengono chiusi e viene assicurata la continuità elettrica tra morsetti 57 e 58.

In caso di sovraccarico o corto circuito, i dispositivi rispettivamente di protezione termica (bimetallo) e magnetica (elettromagnete) attivano il dispositivo di scatto provocando l’apertura del contatti 3 e 4.

L’arco elettrico d1 apertura che si sviluppatra i contatti 3 e 4 commuta dal contatto 4 all’elettrodo diguida d’arco 11 che aumentandone la lunghezza lo guida verso la cella delonlzzante 60.

Questa è costituita da una pluralità di lamine metalliche 40, parallele e spaziate l’una dall’altra da distanziali 1n materiale Isolante, disposti sui fianchi, uno dei quali 41 è parzialmente rappresentato.

Il flusso di aria Ionizzata provocata dall‘arco penetra tra le lamine metalliche che frazionano l’arco e ne provoca lo spegnimento assumendo un potenziale variabile tra il potenziale del contatto 3 ed il potenziale del contatto 4.

La differenza tra i due potenziali, trascurando la caduta d1 tensione sull’avvolgimento di elettromagnete 59, è ovviamente uguale al valore Istantaneo della tensione di rete applicato al morsetti 57 e 58.

Il flusso di aria Ionizzata che scorre tra le lamine 40 deve essere evacuato dall’Involucro evitando che lambisca il morsetto 58 e che stabilisca un arco elettrico tra le lamine più prossime all’elettrodo di guida d’arco 11 ed il morsetto 58 che si estende con una pinza elastica di contatto 42 verso la faccia posteriore dell 'Interruttore a formare un terzo morsetto di contatto a pinza.

L'Isolamento affidabile tra le lamine metalliche 40 e la pinza 42 è formato da un diaframma 43 1n materiale Isolante, preferibilmente resina termoplastica, innestato tra i due semlgusci e cooperante con nervature 46 del semigusd per formare una tenuta a labirinto.

Il diaframma 43 si estende 1n un cappuccio cavo 30 aperto verso la faccia posteriore dell’Interruttore, di contenimento dell’estremità della pinza elastica 42, formando con i due semlgusci una coppia di canali di sfiato che sfociano 1n una apertura 45 sulla faccia superiore dell’Involucro.

In questo modo l’aria Ionizzata 1n sovrappressione proveniente dalla cella Ionizzante 60 può affluire verso l ’esterno del l ’ Interruttore secondo la linea di flusso Indicata dalla freccia 460.

La figura 2 è una vista in sezione secondo la vista I-I di figura 1 di un particolare dell ’ Interruttore e mostra chiaramente I due canali di sfiato 47,48 formati tra i due semlgusd 50,49 ed I I cappuccio cavo 30, nonché le estremità o becchi 31,32 della pinza elastica.

La figura 3 è una vista prospettica esplosa di alcuni particolari del la figura 1 e mostra chiaramente il diaframma 43 con cappuccio cavo 30.

I bordi 33,34 del diaframma 43 hanno sezione a doppia L e si Innestano tra una coppia di nervature del semlgusd , una del le quali 35 è visibi le 1n figura 3.

Quando il diaframma 43 è alloggiato nel la sua sede, il bordo 34 combacia con la nervatura 35.

Analogamente 11 cappuccio cavo 30 è provvisto di due alette 35,36 che si Innestano tra una coppia di nervature dei semigusd , una del le quali 37 è visibi le 1n figura 3.

L’aletta 36 viene a combaciare secondo un diedro con la nervatura 37.

II diaframma 43 ed il relativo cappuccio 30 formano quindi con 1 due semlgusd un alloggiamento per i l morsetto separato ed elettricamente Isolato dalla camera di spegnimento d’arco per tutta l ’altezza del pacco di lamelle di frazionamento d’arco 40.

Queste oltre che dal distanzial i come 41 (figura 1 ) sono mantenute in posizione da opportune nervature 38 del semlgusd ,

tra le quali sono formate aperture d1 accesso ad un canale collettore di sfiato 39 comunicante con i due canali di sfiato

47,48 (f 1 g .2 ) e formato tra le nervature 38 e la nervatura 35.

Il morsetto poli funzionale 58 dell ' Interruttore è ottenuto

per piegatura di uno sbozzato piano ricavato da piastra metall ica

o bandella convenientemente tranciata e rappresentato in figura 4.

Lo sbozzato comprende un corpo al lungato centrale 20 con due

bracci 21 ,22 paral lel i al corpo.

Come mostrato in figura 3, per piegatura del corpo centrale

si ottiene una gabbia di morsetto configurata ad anello rettangolare, una faccia 23 del quale costituisce una ganascia

fissa del morsetto.

La faccia 24 della gabbia, opposta e paral lela al la faccia

23 è provvista d1 una apertura per i l bero passaggio di una vite

25 di serraggio del morsetto.

Con la gabbia del morsetto viene concatenato un anel lo metal lico rettangolare 27, una faccia 26 del quale costituisce la ganascia mobile del morsetto.

La faccia 28 dell ’anello 27, opposta e paral lela al la faccia

26, è provvista d1 una apertura fi lettata 29 1n cui si avvita la

vite 25.

Il serraggio del la vite 25, la cui estremità punta contro la

faccia 23 della gabbia d1 morsetto, provoca l ’avvicinamento del la

]f faccia 26 alla faccia 23 e il conseguente serraggio di terminazioni di connettori esterni tra queste interposti .

L' inserzione del le terminazioni esterne tra le ganasce 23,26 avviene attraverso un’apertura 19 formata nell ’ Involucro dell ’ Interruttore.

Oltre alla funzione di morsetto con serraggio a vite, il morsetto 58 svolge anche la funzione d1 morsetto a pinza per una terminazione a coltel lo.

I bracci 21 ,22 del lo sbozzato vengono ripiegati paral lelamente l ’uno all ’altro ad abbracciare l ’anel lo 27, oltre il quale si estendono e ripiegati l ’uno verso l ’altro formano due becchi 31 ,32 di una pinza elastica a compressione tra 1 qual i viene Inserita una terminazione a coltello o a lama o a spina appiattita.

Cosi si ottengono 1n monopezzo, senza necessità di connessioni meccaniche ed elettriche, la gabbia di morsetto e di serraggio a vite e le pinze di contatto di un morsetto a pinza.

Come già detto 1 becchi 31 ,32 vengono alloggiati nel cappuccio 30 e l ’Inserzione di un coltello di connessione tra i becchi avviene attraverso una feritola 18 aperta sulla parete posteriore dell ’ Involucro ed una apertura 17 nel la testa del cappuccio 30, senza rischio d1 Innesco di arco tra le lamine 40, i bracci 21 ,22 o 1 becchi 31 ,32 che risultano convenientemente Isolati per la presenza del diaframma 43 e del suo cappuccio 30.

Vantaggiosamente il diaframma 43 svolge oltre alla funzione di Isolamento del bracci del morsetto a pinza, una funzione di precarlco meccanico degl i stessi .

Un problema non trascurabile del morsetti a pinza elastica

è costituito Infatti dalla elevata forza d1 inserzione che occorre esercitare per Inserire la terminazione a coltello tra i becchi .

Per assicurare un buon contatto elettrico, con portata del l ’ordine anche del le decine di ampere, occorre Infatti una adeguata pressione di contatto e quindi una predeterminata forza

di compressione agente tra i becchi .

La forza necessaria per l ’inserzione di un coltello tra i becchi non è dovuta soltanto al la componente resistente di attrito, che in condizioni normali è trascurabi le, ma al lavoro

che è necessario compiere per aprire il cuneo di Invito formato

dal becchi della quantità corrispondente al lo spessore del coltel lo.

Poiché per ragioni di Ingombro i l cuneo ha un angolo d1 apertura Iniziale del l ’ordine di 90 che via via decresce, la

forza iniziale di Inserzione di un coltello risulta, come faci le verificare, pari a due volte la forza di compressione esercitata

tra i contatti .

Per evitare questo Inconveniente, i l cappuccio 30, come I llustrato 1n figura 3, è provvisto, nel l 'alloggiamento per 1 becchi , di un dente 16 di spessore d1 poco inferiore allo spessore

del coltel lo di terminazione esterna.

Quando i becchi 31 ,32 vengono Inseriti nel cappuccio 30, 11

| f i dente 16 Interferisce con i becchi e ne provoca l ’apertura.

In questo modo si consegue, come schematizzato in figura 5, i l doppio vantaggio di aumentare la sezione di invito S del coltello 15, rendendo più agevole i l posizionamento relativo del coltello nell ’ Invito, e di ridurre 1n modo considerevole la forza di lavoro di Inserzione.

Infatti i becchi 31 ,32 hanno estremità divaricate per piegature e quindi in una certa misura arrotondate.

Se i due becchi sono predi stanziati di un valore prossimo allo spessore del coltel lo, i l coltel lo Interferisce con i becchi in corrispondenza di due generatrici contenute in due plani tangenti alla superficie del becchi che formano un diedro di apertura relativamente modesta.

La forza di apertura residua del becchi può quindi essere ottenuta con una forza d1 inserzione molto bassa pari a F sen a/2 dove F è la pressione d1 contatto tra i becchi e a è l ’angolo di apertura del diedro.

La descrizione che precede riguarda solo una forma preferita di realizzazione ed è chiaro che molte varianti e molti affinamenti possono essere apportati .

Per esemplo il morsetto poi funzionale 58, anche se convenientemente realizzato con gabbia e pinze di contatto in monopezzo, potrà essere ottenuto dal la combinazione meccanica di più pezzi distinti .

Inoltre, al canal i di sfiato 47,48 e alle aperture di sfiato 45 si possono aggiungere altri canali di sfiato che scarichino aria Ionizzata, convogliata dalle lamelle 40 più distanti dall’elettrodo di commutazione 11 e quindi a potenziale più prossimo a quello del morsetto 58, del contatto 3 e dell’elettromagnete 59.

Per esemplo, come Illustrato in figura 3, 11 canale collettore 39 può convogliare parte del flusso Ionizzato, oltre che secondo il percorso Indicato dalla freccia 460, anche secondo il percorso Indicato dalla freccia 112 verso aperture all’uopo predisposte nella parete frontale dell’Involucro o già presenti per altri scopi cane il serraggio della vite 25 dal fronte dell’interruttore .

In questo caso è opportuno separare il canale collettore 39 in due tronconi distinti, Isolati tra loro da un setto separatore, ottenuto vuol come estensione d1 una delle nervature 38 fino al diaframma Isolante 43, vuol come estensione a sbalzo del diaframma Isolante 43. In figura 311 setto separatore ò rapprresentato con la linea a tratto Individuata dal numerale 70.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Interruttore in cui la continuità elettrica tra un primo ed un secondo morsetto di connessione con terminazione di conduttori esterni all ’Interruttore è controllata da un dispositivo di armamento e disarmo manuale e da protezioni con Intervento automatico per sovraccarico, mediante l ’apertura di due contatti e l ’arco provocato dal l 'apertura di detti contatti sviluppa una sovrappressione di aria Ionizzata in una camera di spegnimento d’arco, caratterizzato da ciò che il primo di detti morsetti comprende: - una morsa di serraggio a vite aperta su una prima faccia di detto Interruttore per ricevere terminazioni di conduttori esterni ed un morsetto a pinza elastica aperto sulla faccia posteriore di detto Interruttore per ricevere una terminazione a lama di conduttore esterno e da ciò che detto Interruttore comprende - un diaframma Isolante Interposto tra detto primo morsetto e detta camera di spegnimento d'arco, separato da e formante, con un Involucro isolante di detto Interruttore, almeno un condotto di sfiato aperto su detta prima faccia ed elettricamente Isolato da detto primo morsetto.
2. 2. Interruttore come a rivendicazione 1 , in cui detto diaframma ò provvisto di superfld di accoppiamento con detto Involucro formanti una tenuta a labirinto.
3. 3. Interruttore come a rivendicazione 1 o 2 1n cui detto diaframma è provvisto di un’estremità a cappuccio cavo, formante un al loggiamento per becchi di contatto di detta pinza elastica,
4. 4. Interruttore, come a rivendicazioni 1 ,2 o 3 in cui detto cappuccio cavo è provvisto di un dente di precarico per la apertura di detti becchi di contatto.
5. 5. Interruttore come a rivendicazioni 1 ,2, 3, 4 in cui detta pinza elastica è formata Integralmente ad una gabbia di morsetto comprendente una ganascia di serraggio di detta morsa di serraggio a vite.
6. 6. Interruttore come a rivendicazione 5 in cui detta pinza elastica e gabbia di morsetto sono formate per piegatura di uno sbozzato piano unitario.