APARATO INTERRUPTOR ELÉCTRICO Y DISYUNTOR DE CIRCUITO QUE INCLUYE UN ALOJAMIENTO
MOLDEADO Y TORNILLOS DE MÁQUINA
QUE LO REFUERZAN
Antecedentes de la Invención Campo de la Invención La invención se refiere a aparatos interruptores eléctricos tales como, por ejemplo, disyuntores de circuito y, de manera mas particular, a disyuntores de circuito de caja moldeada . Información Antecedente Los disyuntores de circuito, tales como disyuntores de circuito de caja moldeada, incluyen al menos un par de contactos separables. Un primer contacto es fijado dentro de la caja moldeada y un segundo contacto movible está acoplado a un mecanismo operador. Estos contactos separables están en comunicación eléctrica con ya sea la línea o la carga acoplada al disyuntor de circuito. El mecanismo operador mueve el contacto movible entre una primera posición abierta donde el contacto movible está separado del contacto fijo, y una segunda posición cerrada donde los contactos fijo y movible están en contacto y en comunicación eléctrica. El mecanismo operador puede ser operado manualmente o mediante un mecanismo de disparo.
Las cajas moldeadas para disyuntor de circuito son típicamente construidas de un poliéster relleno de vidrio u otro material moldeado. Generalmente, estas cajas moldeadas son un moldeo de dos piezas. Cuando ocurre la interrupción de corrientes eléctricas relativamente elevadas, se forman gases calientes que pueden ejercer presión significativa sobre la caja moldeada. Las paredes externas de la caja moldeada pueden estar sometidas a la presión relativamente elevada y, de esta manera, esfuerzo severo, resultante de la extrema expansión de los gases. Debido a que la presión de gas es relativamente elevada y las paredes de la caja moldeada son relativamente delgadas, la caja moldeada es susceptible a rotura debido a la presión y los esfuerzos resultantes. Las paredes exteriores de disyuntores de circuito de caja moldeada, de esta manera, han sido típicamente un eslabón débil para la resistencia de la caja y un factor limitante para incrementar las capacidades nominales de interrupción de los disyuntores de circuito. Típicamente, la cubierta moldeada y la base moldeada de los disyuntores de circuito de caja moldeada son unidas por medio de tornillos de corte de rosca convencionales, que cortan las roscas en el material moldeado. Sin embargo, ese material moldeado puede agrietarse y los tornillos de corte de rosca convencionales pueden ser sacados de la caja moldeada durante el proceso de interrupción.
Una propuesta previa monta los componentes internos de los polos del disyuntor de circuito sobre o en metal, que luego se une a la caja moldeada. La patente US 4,595,896 divulga un disyuntor de circuito en el cual cada polo del disyuntor de circuito tiene un alojamiento moldeado reforzado. Las paredes del alojamiento son provistas con nervaduras moldeadas de refuerzo para soportar las altas presiones ocasionadas por los gases generados por el arco durante la interrupción. La patente US 6,452,470 divulga que fuerzas de gases de hacia afuera tienen una tendencia a ejercer presión hacia abajo sobre porciones de las paredes laterales que conectan con la parte inferior de la base moldeada. Miembros de soporte proveen soporte por debajo para las paredes laterales, con ello impidiendo sustancialmente que las áreas de esquina inferior de la caja moldeada sufran un esfuerzo indebido y sean dobladas por las fuerzas antes mencionadas. La patente US 6,970,059 divulga un disyuntor de circuito en el cual las patas rígidas de un motor de ranura refuerzan las paredes exteriores del alojamiento moldeado. Se conoce en algunos disyuntores de circuito de caja moldeada relativamente grandes el uso de tornillos de máquina y tuercas hexagonales únicamente con el fin de mantener la cubierta moldeada en su lugar sobre la base moldeada. Los mismos tipos de tornillos de máquina y tuercas hexagonales son empleados en tanto las paredes externas de la caja moldeada como las paredes internas de la caja moldeada. Se conoce en otros disyuntores de circuito de caja moldeada relativamente grandes el uso de tornillos de máquina y tuercas hexagonales dentro de paredes internas relativamente gruesas con el fin de mantener la cubierta moldeada en su lugar sobre la base moldeada, y el uso de tornillos de corte de rosca dentro de paredes externas relativamente mas delgadas con el fin mismo de mantener la cubierta moldeada en su lugar sobre la base moldeada. Existe margen de mejora en los aparatos interruptores eléctricos que emplean alojamientos moldeados. También existe margen de mejora en disyuntores de circuito de caja moldeada. Compendio de la Invención Estas y otras necesidades son satisfechas por medio de formas de realización de la invención que proveen un aparato interruptor eléctrico que incluye un alojamiento moldeado en el cual una pluralidad de tornillos de corte de rosca sujeta una primera porción moldeada a una segunda porción moldeada. Las porciones moldeadas primera y segunda cooperan para formar una pluralidad de paredes exteriores, que definen un volumen interior que aloja los contactos separables y al menos una porción de un mecanismo operador. Varios tornillos de máquina se extienden dentro de y refuerzan varias paredes exteriores y restringen la expansión de las paredes exteriores lejos del volumen interior. De acuerdo con un aspecto de la invención, un aparato interruptor eléctrico comprende: contactos separables; un mecanismo operador estructurado para abrir y cerrar los contactos separables; un alojamiento moldeado que comprende una primera porción moldeada y una segunda porción moldeada; una pluralidad de tornillos de corte de rosca que sujeta la primera porción moldeada a la segunda porción moldeada; y varios tornillos de máquina, donde la primera porción moldeada y la segunda porción moldeada cooperan para formar una pluralidad de paredes exteriores, donde las paredes exteriores definen un volumen interior, donde el volumen interior aloja los contactos separables y al menos una porción del mecanismo operador, y donde los tornillos de máquina se extienden dentro de y refuerzan varias de las paredes exteriores y restringen la expansión de las paredes exteriores lejos del volumen interior. Las paredes exteriores pueden incluir una primera porción de pared teniendo un primer grosor, una segunda porción de pared teniendo un segundo grosor y una tercera porción de pared teniendo un tercer grosor, el tercer grosor siendo mayor que los grosores primero y segundo. Uno de los tornillos de máquina puede estar entre la primera porción de pared y la segunda porción de pared de una de las paredes exteriores. Las porciones de pared primera y segunda pueden incluir un lado interior que mira al volumen interior, un lado exterior opuesto y un grosor sólido entre ellos de alrededor de 0.125 pulgadas (0.3175 cm) . Como otro aspecto de la invención, un disyuntor de circuito comprende: contactos separables; un mecanismo operador estructurado para abrir y cerrar los contactos separables; un alojamiento moldeado que comprende una primera porción moldeada y una segunda porción moldeada, las porciones moldeadas primera y segunda cooperando para definir un volumen interior, un primer lado, un segundo lado opuesto, un par de paredes laterales exteriores y un par de paredes de extremo, las paredes laterales exteriores y las paredes de extremo extendiéndose entre el primer lado y el segundo lado opuesto, las porciones moldeadas primera y segunda alojando los contactos separables y al menos una porción del mecanismo operador, el primer lado y el segundo lado opuesto incluyendo varias aberturas, al menos algunas de las paredes laterales exteriores incluyendo varias aperturas que se extienden desde una abertura correspondiente de las aberturas del primer lado a una abertura correspondiente de las aberturas del segundo lado opuesto; una pluralidad de tornillos de corte de rosca que sujeta la primera porción moldeada a la segunda porción moldeada; y una pluralidad de tornillos de máquina que se extienden dentro de las aperturas, los tornillos de máquina manteniendo la primera porción moldeada con la segunda porción moldeada y restringiendo la expansión de las paredes laterales exteriores lejos del volumen interior.
Uno de los tornillos de máquina puede estar dispuesto a través de una abertura correspondiente de las aberturas del primer lado, y a través de una abertura correspondiente de las aberturas del segundo lado opuesto. La tuerca puede estar dispuesta en la abertura correspondiente de las aberturas del segundo lado opuesto y puede vincular el tornillo mencionado de los tornillos de máquina en ella. Las paredes laterales exteriores pueden ser mas largas que las paredes de extremo. La tuerca puede tener una forma rectangular, una anchura paralela a las paredes de extremo y una longitud paralela a las paredes laterales exteriores, la longitud siendo mayor que la anchura. La abertura correspondiente de las aberturas del segundo lado opuesto puede tener la forma rectangular. El mecanismo operador puede comprender además un larguero y una unidad de disparo. Las paredes laterales exteriores pueden incluir una primera porción de pared próxima al larguero y una segunda porción de pared próxima a la unidad de disparo. Un primer tornillo de los tornillos de máquina puede estar entre la primera porción de pared y la segunda porción de pared de una primera pared de las paredes laterales exteriores, y un segundo tornillo de los tornillos de máquina puede estar entre la primera porción de pared y la segunda porción de pared de una segunda pared de las paredes laterales exteriores. Las porciones de pared primera y segunda pueden incluir un lado interior que mira al volumen interior, un lado exterior y un grosor sólido entre ellos en el rango de 0.250 a alrededor de 0.125 pulgadas (0.635 a alrededor de 0.3175 cm) . Como otro aspecto de la invención, un disyuntor de circuito comprende: una cámara de arco; contactos separables próximos a la cámara de arco; un mecanismo operador estructurado para abrir y cerrar los contactos separables; una unidad de disparo que coopera con el mecanismo operador para abrir por disparo los contactos separables; un alojamiento moldeado que comprende una primera porción moldeada y una segunda porción moldeada; una pluralidad de tornillos de corte de rosca que sujeta la primera porción moldeada a la segunda porción moldeada; y una pluralidad de tornillos de máquina, donde la primera porción moldeada y la segunda porción moldeada cooperan para formar una pluralidad de paredes laterales exteriores, donde las paredes laterales exteriores definen un volumen interior, donde el volumen interior aloja los contactos separables, la cámara de arco y al menos una porción del mecanismo operador, donde las paredes laterales exteriores incluyen una primera porción de pared próxima al mecanismo operador y una segunda porción de pared próxima a la unidad de disparo, donde un primer tornillo de los tornillos de máquina está entre la primera porción de pared y la segunda porción de pared de una primera pared de las paredes laterales exteriores, donde un segundo tornillo de los tornillos de máquina está entre la primera porción de pared y la segunda porción de pared de una segunda pared de las paredes laterales exteriores, y donde los tornillos primero y segundo de los tornillos de máquina mantienen la primera porción moldeada con la segunda porción moldeada y restringen la expansión de los paredes primera y segunda de las paredes laterales exteriores lejos del volumen interior. Cada una de las porciones de pared primera y segunda puede incluir un lado interior que mira al volumen interior, un lado exterior y un grosor sólido entre ellos de alrededor de 0.125 pulgadas (0.3175 cm) . El lado interior puede incluir una porción que mira a la cámara de arco. Cada una de las paredes laterales exteriores puede incluir un grosor de al menos alrededor de 0.148 pulgadas (0.3759 cm) desde un tornillo correspondiente de los tornillos de máquina a la porción que mira a la cámara de arco. Breve Descripción de los Dibujos Puede lograrse una plena comprensión de la invención a partir de la siguiente descripción de las formas de realización preferidas, cuando se lee en conjunción con los dibujos acompañantes, en los cuales: la figura 1 es una vista isométrica de un disyuntor de circuito de caja moldeada en el cual se muestran algunos componentes en forma simplificada y en lal cual se retira una porción de la cubierta moldeada para claridad de la ilustración de acuerdo con una forma de realización de la invención;
la figura 2 es una vista en sección transversal a lo largo de las líneas 2-2 de la figura 1 ; la figura 3 es una vista en sección transversal de la base moldeada de la figura 1, tomada en el punto donde son mas gruesas las paredes de base reforzadas alrededor de los tornillos de máquina; la figura 4 es una vista isométrica de la tuerca de la figura 2; la figura 5 es una vista inferior en planta de la base moldeada de la figura 1, incluyendo dos tuercas de la figura 4. Descripción de las Formas de Realización Preferidas Como se emplea en la presente, la manifestación de que dos o mas partes son "conectadas" o "acopladas" juntas significará que las partes están unidas ya sea directamente o bien a través de una o mas partes intermedias. Además, como se emplea en la presente, la manifestación de que dos o partes están "unidas" significará que las partes están unidas de manera directa . Como se emplea en la presente, el término "sujetador" se refiere a cualquier mecanismo de conexión o apriete adecuado, incluyendo expresamente pero sin limitarse a remaches, pernos y tornillos . Como se emplea en la presente, el término "tornillo" se refiere a un sujetador que incluye un eje con una ranura o rosca helicoidal formada sobre su superficie. Por ejemplo, un tornillo puede ser usado como un sujetador roscado para mantener objetos juntos y/o como una simple máquina para convertir torsión en fuerza lineal. Un tornillo también puede ser definido como un plano inclinado envuelto alrededor de un eje. Como se emplea en la presente, el término "tornillo de máquina" significa un tornillo o un pero de dimensiones adecuadas que tiene un eje cilindrico. Un tornillo de máquina ajusta en una apertura, una tuerca y/o un agujero roscado y de preferencia es roscado al menos sustancialmente en toda su longitud. Un "tornillo de máquina" no significa, y de esta manera excluye expresamente, un "tornillo de corte de rosca". Como se emplea en la presente, el término "tornillo de corte de rosca" significa un tornillo auto-roscante que avanza cuando se hace girar mientras crea su propia rosca en un componente de plástico o moldeado, tal como, por ejemplo, un alojamiento de caja moldeada, una cubierta moldeada o una base moldeada. Los tornillos de corte de rosca de preferencia tienen roscas afiladas que cortan en el componente de plástico o moldeado. Los tornillos de corte de rosca pueden tener muescas en la punta para ayudar a remover astillas durante el corte de rosca. Un tornillo de corte de rosca no ajusta normalmente en una tuerca o un agujero pre-roscado, pero puede removerse de y/o hecho volver a avanzar hacia su propio agujero auto-roscado o puede hacerse avanzar a un agujero roscado de manera similar cortado por el mismo o un sustancialmente similar tornillo de corte de rosca. Un "tornillo de corte de rosca" no significa, y de esta manera excluye expresamente un "tornillo de máquina" . Como se emplea en la presente, el término "tuerca" significa un tipo de aditamento tal como, por ejemplo, un pedazo de metal que tiene un agujero con una rosca interna de tornillo para ajustarse en un tornillo de máquina que se inserta a través de aperturas de dos o mas objetos, a fin de acoplar estos objetos entre sí. Una tuerca a menudo tiene una forma cuadrada o hexagonal, pero puede también tener cualquier forma adecuada, tal como una forma rectangular (es decir, sección transversal) . La invención es descrita en asociación con un disyuntor de circuito de tres polos, aunque la invención es aplicable a una amplia gama de aparatos interruptores eléctricos que tienen cualquier número de polos . Haciendo referencia a la figura 1, un aparato interruptor eléctrico, tal como un disyuntor de circuito 2, incluye contactos separables 4, un mecanismo operador 6 estructurado para abrir y cerrar los contactos separables 4, y un alojamiento moldeado (v.gr. , caja moldeada) 8 que incluye una primera porción moldeada, tal como la cubierta moldeada 10, y una segunda porción moldeada, tal como la base moldeada 12. Una pluralidad de tornillos de corte de rosca 14 convencionales sujeta la cubierta moldeada 10 a la base moldeada 12. La cubierta y la base moldeadas 10, 12 cooperan para formar una pluralidad de paredes exteriores, tales como las paredes 16, 18, que definen un volumen interior 20. El volumen interior 20 aloja los contactos separables 4 y al menos una porción del mecanismo operador 6, que incluye una manija operadora 22 que se extiende a través de una aberturas 24 en la cubierta moldeada 10. Varios (v.gr., se muestran dos en la figura 1) de los tornillos de máquina 26 se extienden dentro de y refuerzan varias (v.gr., se muestran dos paredes en la figura 1) de las paredes exteriores 16, 18 y restringen la expansión (v.gr., el pandeo) de tales paredes exteriores lejos del volumen interior 20 en respuesta a un evento de interrupción. La cubierta y la base moldeadas 10, 12 incluyen un primer lado 28, un segundo lado opuesto 30, el par de paredes laterales exteriores 16, 18 y un par de paredes de extremo 32, 34. Las paredes laterales exteriores 16, 18 y las paredes de extremo 32, 34 se extienden entre el primer lado 28 y el segundo lado opuesto 30. Un ejemplo no limitativo de los tornillos de corte de rosca 14 es un tornillo de corte de rosca #6-32, aunque puede emplearse cualquier tornillo de corte de rosca adecuado. Como se muestra en la figura 1, los tornillos de corte de rosca 14 ejemplares están dispuestos en las paredes interiores, tales como las paredes 33, 35, la pared de extremo 32 y las paredes laterales exteriores 16, 18, aunque puede emplearse cualquier cuenta adecuada de tornillos de corte de rosca en cualquier disposición de pared adecuada.
También haciendo referencia a la figura 2, el primer lado 2 y el segundo lado opuesto 30 incluyen varias aberturas, tales como las aberturas 36, 38 y 40, 42, respectivamente. Las paredes laterales exteriores 16, 18 incluyen aberturas 44, 46 respectivas, extendiéndose desde una abertura correspondiente de las aberturas 36, 38 del primer lado 28 a una abertura correspondiente de las aberturas 40, 42 del segundo lado opuesto 30. Los dos tornillos de máquina 26 ejemplares se extienden desde la parte superior (con respecto a las figuras 1 y 2) de la cubierta moldeada 10 a la parte inferior (con respecto a las figuras 1 y 2) de la base moldeada 12. Los tornillos de máquina 26 se extienden dentro de las aperturas 44, 46, mantienen la cubierta moldeada 10 con la base moldeada 12, y restringen la expansión de las paredes laterales exteriores 16, 18 lejos del volumen interior 20. Los tornillos de máquina 26 son sujetados en su lugar por medio de tuercas 48 (como mejor se muestra en las figuras 4 y 5) dispuestas en las aberturas 40, 42 en la parte inferior (con respecto a las figuras 1 y 2) de la base moldeada 12. Las tuercas 48 vinculan de manera roscable las roscas 50 de los tornillos de máquina 26, que añaden resistencia para mantener las paredes laterales exteriores 16, 18 libres de pandeo hacia afuera durante la interrupción. Los tornillos de máquina 26 definen un eje longitudinal 52 que se extiende desde la cubierta moldeada 10 a la base moldeada 12 y cooperan con las tuercas 48 para mantener juntas la cubierta y la base moldeadas de manera apretada . Haciendo referencia a la figura 3, las paredes laterales exteriores 16, 18 incluyen una primera porción de pared 54 teniendo un primer grosor, una segunda porción de pared 56 teniendo un segundo grosor, y una tercera porción de pared 58 teniendo un tercer grosor, el tercer grosor siendo mayor que los grosores primero y segundo. Los tornillos de máquina 26 (mostrados en las figuras 1 y 2) están dentro de las aperturas 44, 46 entre la primera porción de pared 54 y la segunda porción de pared 56 de las paredes laterales exteriores 16, 18. Las paredes laterales exteriores 16, 18 son generalmente aplanadas e incluyen (como se muestra con la pared lateral exterior 16) un lado exterior 60 y un lado interior opuesto 62 que mira al volumen interior 20. Los tornillos de máquina 26 (figuras 1 y 2) se extienden a través de las paredes laterales exteriores 16, 18 generalmente entre (como se muestra con la pared lateral exterior 16 y la apertura 44) el lado exterior 60 y el lado interior opuesto 62. El mecanismo operador 6 incluye un larguero 64 y una unidad de disparo 66 (mostrada en la figura 1) cooperando con el mecanismo operador para disparar la apertura de los contactos separables 4 (figuras 1 y 3) . La primera porción de pared 54 está próxima al mecanismo operador 6 y el larguero 64, y la segunda porción de pared 56 está próxima a la unidad de disparo 66. En este ejemplo, los contactos separables 4 de cada polo están próximos a una cámara de arco 68 correspondiente. El volumen interior 20 aloja los contactos separables 4, las cámaras de arco 68 y al menos una porción del mecanismo operador 6. Ejemplo 1 Haciendo referencia a las figuras 4 y 5, la longitud de las paredes laterales exteriores 16, 18 es mayor que la anchura de las paredes de extremo 32, 34. Las tuercas 48 tienen una forma rectangular, una anchura paralela a las paredes de extremo 32, 34, y una longitud paralela a las paredes laterales exteriores 16, 18. Como un ejemplo no limitativo, la longitud de la tuerca es de alrededor de 0.400 pulgadas (1.016 cm) , la anchura de la tuerca es de alrededor de 0.200 pulgadas (0.508 cm) , y el grosor de la tuera es de alrededor de 0.125 pulgadas (0.3175 cm) . Las tuercas 48 tienen un agujero pre-roscado 70, el cual vincula roscadamente (como mejor se muestra en la figura 2) las roscas 50 del tornillo de máquina 26 correspondiente. Las aberturas 40, 42 correspondientes (figura 2) del lado inferior 30 (con respecto a las figuras 1 y 2) tienen la misma forma rectangular que la forma rectangular de las tuercas 48. Ejemplo 2 En este ejemplo, los tornillos de máquina 26 son tornillos de máquina #6-32 de 3.094 pulgadas (7.86 cm) , hechos de acero chapado con cromato de zinc. Las tuercas 48 (figura 4) son también hechas de acero chapado con cromato de zinc. Los tornillos de máquina 26 son superiores a los tornillos de corte de rosca convencionales (v.gr., #6-32) , tales como el tornillo 14 de la figura 1, que puede sacarse del alojamiento moldeado 8 durante el proceso de interrupción. Asimismo, el material moldeado en que cortan roscas los tornillos de corte de rosca 14 convencionales pueden agrietarse. En contraste, los tornillos de máquina 26 pueden lograr una mayor torsión de apriete y, de esta manera, "emparedar" de manera efectiva la cubierta moldeada 10 y la base moldeada 12 juntas. Ejemplo 3 El grosor total del material moldeado de los agujeros 44, 46 para tornillos de máquina (figuras 2 y 3) a la pared interior 72 (figura 3) que mira a las cámaras de arco 68 es de al menos alrededor de 0.148 pulgadas (0.376 cm) . De preferencia, este grosor mira al menos a las cámaras de arco 68, como se muestra. Con la mayor preferencia, el grosor es empleado todo el camino alrededor de los agujeros para tornillos (no se muestra) , si es posible. Este material moldeado alrededor de los agujeros 44, 46 para los tornillos de máquina aumenta la resistencia para evitar que se agriete el material moldeado lejos del tornillo de máquina 26 durante un evento de interrupción. Ejemplo 4 Las porciones de pared primera y segunda 54, 56 de la figura 3 incluyen el lado interior 62 que mira al volumen interior 20, un lado exterior 60 y un grosor sólido entre ellos de alrededor de 0.125 pulgadas (0.3175 cm) .
Ejemplo 5 Las porciones de pared primera y segunda 54, 56 de la figura 3 incluyen el lado interior 62 que mira al volumen interior 20, un lado exterior 60 y un grosor sólido entre ellos en el rango de 0.250 a alrededor de 0.125 pulgadas (0.635 a 0.3175 cm) . Los beneficios del disyuntor de circuito 2 que emplea los tornillos de máquina 26 incluyen mantener juntas, apretadas la base moldeada 12 y la cubierta moldeada 10, y aportar resistencia para mantener las paredes laterales exteriores 16, 18 del alojamiento moldeado 8 libres de pandeo o de expansión hacia afuera de otro tipo durante un evento de interrupción. Aunque se han descrito en detalle formas de realización específicas de la invención, los técnicos en la materia apreciarán que pueden desarrollarse diversas modificaciones y alternativas a tales detalles a la luz de las enseñanzas globales de la divulgación. En consecuencia, se pretende que los arreglos particulares divulgados sean ilustrativos únicamente y no limitativos del ámbito de la invención, al que debe darse toda la amplitud de las reivindicaciones anexas y cualquiera y todos sus equivalentes .