ITMI970916A1 - Gruppo elettrico con dispositivo di azionamento per un interruttore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo elettrico comprendente un interruttore ed un dispositivo di azionamento per l'interruttore, ed in modo particolare ad un gruppo elettrico secondo il preambolo della prima rivendicazione.

Un interruttore è un apparecchio elettrico in grado di interrompere o stabilire un flusso di corrente in un circuito per mezzo di appositi contatti separabili; in particolare, ì contatti sono premuti tra loro con una forza adeguata in una condizione di interruttore chiuso, mentre sono separati da una distanza d'isolamento in una condizione di interruttore aperto. Tali condizioni di funzionamento sono stabili, nel senso che l'interruttore permane in ciascuna di esse in assenza di forze esterne.

I dispositivi di azionamento (o attuatori) sono comunemente utilizzati, ad esempio in sistemi di controllo di installazioni industriali, per effettuare operazioni di commutazione (apertura e chiusura) dell'interruttore mediante energia diversa da quella manuale. Tipicamente, i dispositivi di azionamento utilizzano un motore elettrico per muovere una leva di comando dell'interruttore da una posizione di apertura ad una posizione di chiusura, e viceversa, in risposta ad un opportuno segnale di comando esterno.

Ε' noto che durante l'operazione di apertura dell'interruttore si può innescare tra i contatti in procinto di staccarsi un arco elettrico, mantenuto successivamente da un violento fenomeno di ionizzazione del mezzo (ad esempio aria) interposto tra i contatti staccati. Al fine di evitare tale fenomeno, gli interruttori sono dotati comunemente di un .meccanismo di apertura per aumentare la velocità dell'operazione,· in particolare, quando la leva,di comando proveniente dalla posizione di chiusura raggiunge una determinata posizione intermedia di rilascio, tale meccanismo imprime un'accelerazione improvvisa alla leva di comando spingendola con forza verso la posizione di apertura.

Un inconveniente dei' .gruppi elettrici noti è costituito dal fatto che i dispositivi di azionamento richiedono l'uso di motori estremamente veloci, e quindi complessi e costosi, per adattarsi alla elevata velocità di apertura dell'interruttore . Al contrario,· l'utilizzo di motori più semplici e lenti, con una velocità adatta all'operazione ' di chiusura, crea problemi durante 'l'apertura dell 'interruttore ; in particolare, quando la leva di comando ha raggiunto la posizione di rilascio, il meccanismo di apertura trascina il motore ad una velocità eccessiva, oppure il motore frena la leva di comando rallentando l'operazione di apertura. In entrambi i casi, si crea una situazione di malfunzionamento, con conseguente possibile danneggiamento dell'interruttore o del motore del dispositivo di azionamento.

Scopo della presente invenzione è di ovviare ai suddetti inconvenienti. Per raggiungere tale scopo è previsto un gruppo elettrico come descritto nella prima rivendicazione .

Il gruppo elettrico della presente invenzione garantisce una elevata velocità di apertura dell'interruttore utilizzando per la realizzazione del dispositivo di azionamento un motore lento, con una velocità adatta all'operazione di chiusura, e pertanto di costruzione semplice ed estremamente economico.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del gruppo elettrico secondo la presente invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di una sua forma di realizzazione preferita, data a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle figure allegate, in cui:

Fig.l è una vista a parti staccate del gruppo elettrico della presente invenzione,-Fig.2a e 2b mostrano in esploso il dispositivo di azionamento della Fig.l in diverse condizioni operative.

Con riferimento in particolare alla Fig.l, è illustrato un gruppo elettrico 100 comprendente un dispositivo di azionamento 103 per un interruttore 106. Tipicamente, il dispositivo di azionamento 103 è utilizzato come servomotore in un sistema di controllo in catena chiusa, anche se non è escluso il suo uso in diverse applicazioni, ad esempio per il semplice comando a distanza dell'interruttore 106.

L'interruttore 106 comprende un corpo isolante 107 sulle cui pareti laterali sono previste una o più coppie .di morsetti 109 per il collegamento dell'interruttore 106 a coppie corrispondenti di cavielettrici di un circuito esterno (non mostrati in figura). Un elemento di comando 112, tipicamente costituito da una leva, è mobile in rotazione attorno ad un asse 113 tra una posizione .112' ed una posizione 112'', ''rispettivamente, di apertura e. di chiusura dell'interruttore 106. All'interno del corpo isolante 107 è alloggiato un meccanismo di apertura (non mostrato in figura) che, quando là leva di comando proveniente.dalla posizione di chiusura 112'' raggiunge una posizione intermedia di rilascio 112''' fa scattare la leva di comando verso la posizione di apertura 112'. Comunemente,. tale meccanismo di apertura, di per sé noto e convenzionale, è costituito da una molla posta in tensione durante un'operazione di chiusura dell'interruttore 106 e rilasciata quando la leva di comando 112 raggiunge, durante un'operazione di apertura, la posizione 112'''.

Il dispositivo di azionamento 103 comprende un corpo isolante 115 formato da due semigusci accoppiati per mezzo di apposite viti. Su un fianco laterale del corpo isolante 115 è prevista una morsettiera 118 per il collegamento del dispositivo, di azionamento 103 ad una rete'5di alimentazione elettrica. La morsettiera 118 è utilizzata anche per applicare al dispositivo di azionamento 103 appositi segnali 'di comando (di apertura e di chiusura),· forniti,da un dispositivo di controllo remoto (non mostrato · in figura) ,- il dispositivo di azionamento 103 ‘si presta comunque ad essere realizzato anche con diversi sistemi di trasmissione dei segnali di comando, ad esempio tramite onde radio .

Il dispositivo di azionamento 103 e dotato di un'asta 154 (oppure di altri ’mezzi di manovra equivalenti e di per sé noti)

rotazione 113, sulla cui superficie inferiore è realizzato un canale longitudinale 157 nel quale è infilata la leva di comando 112 dell'interruttore 106. La leva di comando 112 è scorrevole all'interno del canale 157 nella direzione dell'asse 113 per permettere l'assemblaggio del gruppo elettrico 100, mentre la leva di comando 112 e l'asta di manovra 154 si muovono solidalmente in rotazione attorno all'asse 113.

L'interruttore 106 ed il dispositivo di azionamento 103 sono tra loro collegati tramite appositi elementi di bloccaggio. In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, in corrispondenza di ciascuna superficie laterale del gruppo elettrico 100, è previsto un elemento ad L 166 {di cui solo uno mostrato in figura). L'elemento ad L 166 termina in corrispondenza del braccio minore della L con un gancio di trazione 169, che si impegna in una feritoia 172 ricavata su una superficie posteriore dell'interruttore 106. L'elemento ad L 116 è alloggiato in una sede coniugata 173 ricavata nel dispositivo di azionamento 103 in corrispondenza di uno spigolo verticale anteriore. Il braccio maggiore dell'elemento ad L termina ad una sua estremità libera con un'apertura 175 che risulta affacciata ad un foro filettato 178 praticato nella sede 173 perpendicolarmente ad una superficie laterale del dispositivo di azionamento 103. Una vite 181 alloggiata nell'apertura 175 e serrata nel foro filettato 178 fissa in modo rimovibile l'elemento ad L 166 al dispositivo di azionamento 103. Il sistema di collegamento sopra descritto è particolarmente stabile e robusto; inoltre, tale struttura è estremamente sicura, in quanto gli elementi di bloccaggio risultano sollecitati a taglio e non a flessione.

Con rifermentano ora alla Fig.2a (gli elementi già rappresentati in Fig.l sono identificati con gli stessi numeri di riferimento), il dispositivo di azionamento 103 include un motore 203 (ad esempio un motore elettrico sincrono reversibile) accoppiato all'asta di manovra 154 tramite un apposito congegno di trasmissione 206. In particolare, un disco 209 è collegato al motore 203 in modo da essere mosso in rotazione attorno ad un asse 210 parallelo all'asse di rotazione 113. Su una superficie laterale 211 del disco 209 sono previste due rientranze 212 e 215 diametralmente opposte. In prossimità del disco 209 è disposto un micro-interruttore 218, al quale è associata una molla a lamina 221 (o altri mezzi elastici equivalenti) terminante con una rotella folle 224, libera di ruotare attorno ad un asse parallelo all'asse di rotazione 210. Quando l'asta di manovra 154 si trova in una posizione corrispondente alla posizione di apertura o di chiusura della leva di comando dell'interruttore, una delle rientranze (la rientranza 212 nell'esempio illustrato in figura) è affacciata alla rotella 224, la quale è mantenuta premuta contro il disco 209 dalla molla 221. In corrispondenza di un segnale dì comando di chiusura o di apertura fornito al dispositivo di azionamento 103, il motore 203 fa ruotare il disco 209 in senso, rispettivamente, antiorario od orario. La rotella 224 si disimpegna dalla rientranza 212 ed è spinta verso il micro-interruttore 218 dalla superficie laterale 211 del disco 209, in modo che la molla 221 chiuda il contatto del micro-interruttore 218. Quando il disco 209 ha 'compiuto una rotazione di 180°, l'altra rientranza 215 risulta affacciata alla rotella 224; la molla 221 spinge la rotella 224 all'interno della rientranza 215 ed apre il contatto del microinterruttore 218, il quale interrompe il movimento del motore 203 (e quindi del disco 209).

In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, il disco 209 è accoppiato all'asta di manovra 154 tramite una struttura a glifo,· la presente invenzione si presta comunque ad essere realizzata anche con accoppiamenti di tipo diverso, ad esempio a frizione. Sulla superficie anteriore del disco 209, in prossimità della sua superficie laterale, sono previsti due cursori 227 e 230, ad esempio a forma di piolo, diametralmente opposti e leggermente sfalsati rispetto alle rientranze 212 e 215. Il meccanismo di manovra 20S include quindi una struttura articolata formata da un elemento 233 e da un elemento 236 mobili in rotazione attorno all'asse 113. In particolare, in corrispondenza di un'estremità dell'elemento 233 è praticato un foro 239 nel quale è infilato un perno 242 disposto lungo l'asse di rotazione 113 e solidale con il corpo 115 del dispositivo di azionamento 103; all'estremità libera dell'elemento 233 è fissata perpendicolarmente l'asta di manovra 154. L'elemento 233 termina in prossimità del perno 242 con una forma sostanzialmente cilindrica; da un superficie frontale di tale estremità si estende perpendicolarmente una parete 245 a forma di porzione di superficie laterale cilindrica. Analogamente, anche l'elemento 236 termina ad una sua estremità con una forma sostanzialmente cilindrica in cui è realizzato un foro 247 nel quale è infilato il perno 242,- da un superficie posteriore di tale estremità si estende perpendicolarmente una ulteriore parete 250 a forma di porzione di superficie laterale cilindrica.

Tra l' elemento 233 e l'elemento 236 (in particolare in una scanalatura ricavata sulla superficie frontale dell'elemento 233) è inserita una molla elicoidale 253 (o altri mezzi elastici equivalenti) le cui estremità sono fissate in appositi fori praticati sugli elementi 233 e 236. La molla 253 mantiene gli elementi 233 e 236 allineati, con le pareti 245 e 250 che si assestano tra loro a battuta in corrispondenza dei loro bordi laterali superiori, rispettivamente, 254 e 255. Le pareti 245 e 250 hanno una lunghezza tale per cui, in questa condizione, i loro bordi laterali inferiori, rispettivamente, 256 e 257 risultano separati, preferibilmente di un angolo di circa 60° rispetto all'asse 113..

Sulla superficie posteriore, dell'elemento 236 è ricavata una scanalatura longitudinale 258, aperta in corrispondenza dell'estremità libera dell'elemento 236, che funge da guida per i pioli 212 e 215. In particolare, si supponga che il dispositivo di azionamento 103 sia nello stato’ rappresentato in figura, con l'asta di manovra 154 e l'elemento 236 in una posizione, rispettivamentè, 154' e 236' corrispondente alla posizione di apertura dell'interruttore. Se il dispositivo di azionamento 103 riceve un segnale di comando di chiusura, il disco 209 è ruotato di 180° in senso antiorario. Quando il piolo 227 raggiunge l'elemento 236, esso si impegna nella guida 258, facendo ruotare l'elemento 236 in senso orario attorno al perno 242. L'accoppiamento tra le pareti 250 e 245 trasmette tale movimento anche all'elemento 233 il quale si muove solidalmente con l'elemento 236. L'asta di manovra 154 (solidale con l'elemento 233) trascina nel suo movimento l'asta di comando dell'interruttore in modo che lo stesso sia chiuso. Come rappresentato in Fig.2b (gli elementi già rappresentati in Fig.2a sono identificati con gli stessi numeri di riferimento), l'elemento 236 e l'asta di manovra 154 raggiungono una posizione, rispettivamente, 236'' e 154'' corrispondente alla posizione di chiusura dell'interruttore; il piolo 227 si disimpegna dalla guida 258 ed il disco 209 completa la sua rotazione fino a quando la rientranza 215 raggiunge la rotella 224.

Se nello stato rappresentato in figura il dispositivo di azionamento 103 riceve un segnale di comando di apertura, il disco 209 è ruotato di 180° in senso orario. Quando il piolo 227 raggiunge l'elemento 236, esso si impegna nella guida 258, facendo ruotare l'elemento 236 in senso antiorario attorno al perno 242. In tale condizione, l'elemento 236 è libero di ruotare rispetto all'elemento 233; dimensionando opportunamente la rigidità della molla 253 in modo che la forza necessaria per deformarla sia inferiore alla forza necessaria per azionare l'interruttore, l'elemento 236 ruota in opposizione alla molla 253, mentre l'elemento 233 si mantiene fisso. Quando l'elemento 236 raggiunge una posizione 236''', nell'esempio in questione dopo una rotazione di circa 60°, il bordo inferiore 257 della parete 250 si assesta a battuta contro il bordo inferiore 256 della parete 245. L'accoppiamento tra le pareti 245 e 250 trasmette il movimento dell'elemento 236 anche all'elemento 233 il quale si muove solidalmente con questo. L'asta di manovra 154 {solidale con l'elemento 233) è cosi spostata sino alla posizione 154''' e trascina nel suo movimento l'asta di comando dell'interruttore in modo che lo stesso raggiunga la posizione di rilascio. Il piolo 227 si disimpegna a questo punto dalla guida 258 ed il disco 209 completa la 'sua rotazione fino a quando la rientranza 212 raggiunge la rotella 224, mentre l'elemento 236 è allineato all'elemento 233 dalla molla 253. Nel frattempo, l'asta di manovra 154 è svincolata dal disco 209 (e quindi dal motore 203) per cui è trascinata dalla leva di comando dell'interruttore sino a raggiungere la posizione 154' rappresentata in Fig.2a. Si noti che, vantaggiosamente, la presenza di due pioli 227 e 230 permette di utilizzare il dispositivo di azionamento 106 indipendentemente dalla posizione iniziale dell'elemento 236, e quindi della leva di manovra· 154.

Il meccanismo di trasmissione sopra descritto è particolarmente compatto, affidabile ed efficace. Inoltre, esso è estremamente semplice e fabbricabile in serie a costi ridotti, per cui non incide sul costo finale dell'intero dispositivo di azionamento.

Ovviamente al gruppo elettrico sopra descritto un tecnico!del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e' varianti, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione dell'invenzione, quale definito daile seguenti rivendicazioni.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo elettrico (100) comprendente un interruttore (106) avente un elemento di comando (112) mobile tra una posizione di. apertura (112') ed una posizione di chiusura (112'') e comprendente mezzi per muovere a scatto l'elemento di comando (112) verso la posizione di apertura (112') quando l'elemento di comando (112) provenendo dalla posizione di chiusura (112'') .raggiunge una posizione intermedia di rilascio (112' ''), un dispositivo di azionamento (103) comprendente mezzi (154) per manovrare l'elemento di comando (112) mobili tra una prima (154') ed una seconda (154'') posizione corrispondente, rispettivamente, alla posizione di chiusura (112') e di apertura (112''), un motore (203) per muovere i mezzi di manòvra (154) ed un congegno di trasmissione (206) per accoppiare il motore (203) con i mezzi di manovra (154), caratterizzato dal fatto che il congegno di trasmissione (206) in corrispondenza di un movimento dei mezzi di manovra (154) dalla seconda (154'') alla prima (154') posizione accoppia il motore (203) con i mezzi di manovra (154) per muovere l'elemento di comando (112) dalla posizione di chiusura-(112' ') alla posizione di rilascio (112''') e svincola i mezzi di manovra (154) dal motore (203) in corrispondenza di una terza posizione (154''') dei mezzi di manovra (154) corrispondente alla posizione di rilascio (112''') per far trascinare i mezzi di manovra (154) verso la prima posizione (154') dall'elemento di comando (112).
2. 2. Gruppo elettrico (100) secondo la rivendicazione 1, in cui il congegno di trasmissione (206) in corrispondenza di un movimento dei mezzi di manovra (154) dalla prima (154') alla seconda (154'') posizione accoppia il motore (203) con i mezzi di manovra (154) per muovere l'elemento di comando (112) dalla posizione di apertura (112') alla posizione di chiusura (112'').
3. 3. Gruppo elettrico (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i mezzi di trasmissione (206) includono una struttura articolata (233,236,253) comprendente un primo elemento (233) associato ai mezzi di manovra (154) ed un secondo elemento (236) associato al motore (203) mobile tra una quarta (236') ed una quinta (236'') posizione, il secondo elemento (236) in corrispondenza di un movimento dalla quarta (236') alla quinta posizione (236'') essendo solidale con il primo elemento (233) per muovere i mezzi di manovra (154) dalla prima- (154') alla seconda ( 154 ' ' ) posizione, il secondo elemento (236) in corrispondenza di un movimento dalla quinta posizione (236'') ad una sesta posizione intermedia (236''') essendo mobile rispetto al primo elemento (233) per non muovere l'elemento di manovra (154) ed in corrispondenza di un movimento dalla sesta (236''') alla quarta (236'} posizione essendo solidale con il primo elemento (233) per muovere ι mezzi di manovra (154) dalla seconda (154'') alla terza (154''') posizione.
4. 4. Gruppo elettrico (100) secondo la rivendicazione 3, in cui il primo (233) ed il secondo (236) elemento sono mobili in rotazione attorno ad un asse comune (113) ed includono, rispettivamente, una prima (245)· ed una seconda (250) parete a forma di superficie laterale cilindrica con ,asse coincidente con detto asse comune (113), in corrispondenza della quarta (236') e della quinta (236'') posizione un primo bordo laterale (255)-della seconda parete -(250) assestandosi a battuta contro un primo bordo laterale (254) della prima parete (245) ed un secondo bordo laterale (257) della seconda parete (250) ess’endo separato da un secondo bordo laterale (256) della prima parete (245)., in corrispondenza della sesta posizione (236''') il secondo ‘bordo (257) della seconda parete .(250) assestandosi a battuta 'contro il secondo bordo (256) della prima parete (245).
5. 5. Gruppo elettrico (100) secondo la rivendicazione 4, in cui in corrispondenza della quarta (236') e della quinta (236'') posizione il secondo bordo (257) della seconda parete (250) è separato dal secondo bordo (256) della prima parete (245) di un angolo -di 60° rispetto all'asse comune (113).
6. 6. Gruppo elettrico (100) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui la struttura articolata (233,236,253) ulteriormente comprende mezzi elastici (253) per mantenere a contatto il primo bordo (255) della sèconda parete (250) con il primo bordo (254) della prima parete (245), il secondo elemento (236) muovendosi dalla quinta (236'') alla sesta (236''') posizione in opposizione a detti mezzi elastici (253).
7. 7.-Gruppo elettrico (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui i mezzi di trasmissione- (206) ulteriormente comprendono un elemento girevole' (209) accoppiato al motore (203) e provvisto .di almeno un cursore (227,230) per impegnarsi in una guida (258) ricavata nel secondo elemento (236).
8. 8. ' Gruppo elettrico (100) secondo la rivendicazione .7, in cui l'elemento ;girevole (209) è provvisto di -due di detti"· cursori (227,230) diametralmente opposti ad un asse di rotazione (210) dell'elemento girevole (209).
9. 9. Gruppo elettrico (100) secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui l'elemento girevole è un disco (209) avente due rientranze (212,215) praticate su una superficie laterale (211) per cooperare con ulteriori mezzi elastici (221,224) associati ad un micro-interruttore (218), detta superficie laterale (211) agendo sugli ulteriori mezzi elastici (221,224) per mantenere il micro-interruttore (218) in un primo stato che abilita un movimento del motore (203), gli ulteriori mezzi elastici (221,224) essendo rilasciati in corrispondenza di una delle rientranze (212,215) per portare il micro-interruttore (218) in un secondo stato che interrompe il'movimento del motore (203).
10. 10. Gruppo elettrico (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, ulteriormente comprendente almeno un elemento di bloccaggio (166) avente un gancio di trazione (169) impegnato in una feritoia (172) ricavata sull'interruttore (106) e rimovibilmente fissato al dispositivo di azionamento (103) in corrispondenza di una sede coniugata (173).
11. 11. Gruppo elettrico (100) secondo la rivendicazione 10, in cui l'elemento di bloccaggio (166) ha un struttura ad L avente un braccio minore in corrispondenza del quale è disposto il gancio (169) ed un braccio maggiore in corrispondenza del quale è praticata un'apertura (175) che alloggia una vite (181) serrata in un foro (178) realizzato in detta sede (173) .
12. 12. Dispositivo di azionamento (103) per l'uso nel gruppo elettrico (100) di una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11.