ТУМБЛЕРНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H01H23/24 

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к коммутационным аппаратам.

Известен двухполюсный переключатель полярности, содержащий диэлектрический корпус с боковыми и центральными контактами, установленными неподвижно на основании корпуса, причем боковые контакты дополнительно фиксированы планками в вертикальной плоскости в пазах, исключающих вертикальное перемещение боковых контактов, механизм переключения, включающий рычаг управления, оканчивающийся С-образным элементом, имеющим по концам дискообразные элементы, опирающиеся на подпружиненные колпачки, являющиеся составными частями телескопических возвратных устройств, содержащих внутри цилиндрические пружины сжатия. Телескопические возвратные устройства входят во взаимодействие с выступом подвижного переключающего элемента, опирающегося на неподвижный средний вывод, обеспечивающего переключения из одного положения в другое.

Недостатками известного переключателя являются большое количество входящих элементов, сложность изготовления самих элементов, особенно подвижного переключающего элемента, целиком выполненного из контактного материала, недостаточная его жесткость, приводящая к излому при многократном переключении, и опорного центрального контакта, сложность полной сборки переключателя, включающей клеевое соединение металлической обоймы и пластмассового корпуса, что ограничивает надежность соединения в условиях циклического воздействия температур, недостаточность межконтактного зазора (порядка 0,2 мм) между переключающей деталью и боковым контактом, ограничивающая коммутируемую мощность в определенных габаритах.

Сложность конструкции приводит к высокой трудоемкости сборки и снижению надежности переключателя. При незначительном выгорании контактов происходит потеря переключающей способности, что характерно для всех переклю- чателей язычкового типа.

В качестве прототипа выбран переключатель, содержащий диэлектрический корпус с установленными неподвижно в основании боковыми и центральными контактами, контактодержатели, снабженные пазами на боковых сторонах, мостики, отогнутые стороны которых снабжены лапками для установки в пазах контактодержателей, а горизонтальные части продольными углублениями в виде желобков, механизм переключения, включающий рычаг, колодку, пружины сжатия и обоймы, крышку, закрепленную на втулке, и ось поворота.

Основным недостатком этой конструкции является наличие "мертвой зоны" нулевого контактного давления и нулевой скорости перемещения подвижного контакта в момент отрыва от неподвижного контакта, а также зависимость скорости переключения системы от скорости перемещения рычага переключения, что приводит к большим величинам горения дуги, энергии горения дуги, резкому повышению температуры рабочего объема переключателя даже при средних значениях коммутируемой мощности, а это в свою очередь приводит к размягчению материала обоймы, изготавливаемой как правило из литьевого стеклонаполненного диэлектрика, движущейся по желобкам мостиков, еще более увеличивая трение, способствуя их быстрому разрушению, и, следовательно, ограничивая надежность работы переключателя.

С целью устранения подобных недостатков в предлагаемом переключателе, содержащем корпус из электроизоля- ционного материала, боковые и центральные неподвижные контакты, установленные на основании корпуса, механизм переключения, включающий рычаг, колпачок с центральным пазом в верхней части, в котором расположен рычаг с возможностью вращения, толкатель и пружину сжатия, размещенную между колпачком и толкателем, перекидные контактодержатели, установленные на центральных контактах, кожухи, закрепленные на каждом контактодержателе, соединенные с толкателем, в центральной части каждого кожуха выполнен выступ, толкатель имеет боковые выступы, в нижней части которых выполнены пазы, при этом выступ каждого кожуха размещен в соответствующем пазу толкателя с возможностью вращения, а пружина сжатия установлена в центральной части толкателя под центральным пазом колпачка. Кроме того, каждый кожух выполнен из жесткого конструкционного металла, а каждый выступ, расположенный в пазу толкателя, имеет скругленную поверхность в поперечном направлении.

Каждый кожух жестко устанавливается в центральной части контактодержателей с помощью лапок, входящих в боковые пазы контактодержателей методом обжимки лапок кожухов на контактодержателях, обеспечивая надежную сборку в узел и автоматизацию операции сборки. Верхняя рабочая часть выступа кожуха выполнена плоской, а в месте соприкосновения с внутренней рабочей поверхностью паза толкателя имеет огибающую часть окружности некоторого радиуса, так что касается поверхности паза в точке, обеспечивая при этом компенсацию набега допусков на смещения и перекосы входящих элементов механизма переключения, одновременность переключения полюсов переключателя и минимальный износ при повороте кожуха в пазу толкателя, а также минимальное время срабатывания механизма переброса, что приводит к резкому уменьшению энергии дуги в момент размыкания подвижного контакта и быстрому выходу из зоны горения дуги.

Таким образом, достигается значительное увеличение коммутируемой мощности, износоустойчивости электрической и механической с учетом того, что срабатывание происходит при максимальном сжатии пружины и отсутствует "мертвая зона", т.е. переключение происходит при максимально возможной скорости расхождения контактов, причем скорость перемещения рычага управления не влияет на скорость переключения.

Отсутствует трение скольжения при перебросе, а имеет место незначительное трение качания выступа кожуха паза толкателя и центральных частей контактодержателей в пазах центральных контактов, давая значительный выигрыш в механическом износе.

На фиг.1 изображен переключатель, общий вид; на фиг.2 то же, вид сбоку.

Переключатель состоит из диэлектрического корпуса 1, боковых контактов 2 и 3, центральных контактов 4, неподвижно закрепленных на основании корпуса 1, перекидных контактодержателей 5 с контактами, кожухов 6 из жесткого конструкционного металла с выступами 7 в центральной части, неподвижно установленными на контактодержателях 5 в их центральной части, механизма переключения, содержащего рычаг 8, закрепленный с помощью оси 9 в корпусе 1, колпачка 10, в который упирается рычаг 8, пружины сжатия 11, установленной вместе с колпачком 10 внутри толкателя 12, выполненного из диэлектрика, имеющего симметрично расположенные выступы 13, в нижней части которых имеются пазы 14. Поверхности пазов 14 опираются шарнирно на выступы 7 кожухов 6. Поверхность выступа 7 выполнена закругленной.

Переключатель работает следующим образом. В статическом состоянии рычаг 8 занимает крайнее положение. При этом колпачок под воздействием пружины сжатия 11 удерживает рычаг 8, а толкатель 12 под воздействием пружины 11 посредством пазов 14 и выступов 7 кожухов 6 поджимает контактодержатели 5 к центральным и боковым контактам, обеспечивая контактное давление замкнутых контактных пар. Другие пары остаются разомкнуты. При воздействии на рычаг 8 толкатель 12 начинает вращаться в противоположную сторону при одновременном сжатии пружины 11 вокруг выступов 7 до тех пор, пока ось толкателя не перейдет оси кожухов 6, наглухо соединенных с контактодержателями, которые в свою очередь замыкают соответствующие контактные пары.

После перехода оси толкателя 12 через нейтральную линию, проходящую через вертикальную ось контактодержателей 5, ось выступов 7 кожухов 6 и точки контактирования контактодержателей 5 с центральными контактами 4, происходит переброс контактодержателей 5 из одного положения в другое с усилием, близким к усилию максимальной скорости пружины 11, вследствие чего расхождение контактов подвижных и неподвижных происходит с максимальной скоростью, гарантирующей существенное снижение энергии дуги при размыкании контактов. При этом в момент, предшествующий размыканию, контактное усилие в центральных и боковых контактах имеет максимальную величину за счет максимального сжатия пружины, соответственно снижая величину контактного сопротивления, что влияет на уменьшение тепловыделения при коммутации повышенных токовых нагрузок (до 8А включительно).

В момент удара контактодержателя о неподвижный контакт (расчетная величина удара составляет 64Н) при замыкании происходит разрушение нагара, образовавшегося при предыдущем размыкании.

Выбранные усилия сжатия пружины и геометрические соотношения элементов конструкции механизма переключения и тумблера в целом исключают отскок центральной части контактодержателей от центрального контакта, что является типичным дефектом большинства тумблеров перекидного (коромыслового) типа, и потерю контакта в процессе длительной эксплуатации.

Указанные особенности тумблера позволяют увеличить электрическую износоустойчивость при средних величинах токовых нагрузок (до 8А) в несколько (3-8) раз в сравнении с тумблерами на аналогичную электрическую нагрузку.

Применение кожухов с выступами в центральной части в сочетании с конструкцией тумблера перекидного (коромыслового) типа позволяет создавать системы с механической износоустойчивостью, определяемой износоустойчивостью пружинного элемента, работающего в облегченном режиме, т.е. порядка 5,10⁶ циклов переключений, так как отсутствуют узлы, использующие при работе трение скольжения (противопоставляемый прототип), а имеет место трение качания (призматические системы) узлов: рычаг-колпачок, толкатель-выступ кожуха, контактодержатель центральный контакт, что подтверждается проведенными исследованиями на экспериментальных образцах, изготовленных в условиях и по технологии крупносерийного и массового производства.

Кроме того, технология изготовления предлагаемого тумблера является типовой для предприятий крупносерийного и массового производства аналогичных по назначению изделий:
литьевое прессование корпуса и толкателя;
вырубка и шаговая, совмещенная штамповка контактов, контактодержателей, рычага, колпачка, кожуха;
закрепление кожуха на контактодержателе при помощи операции "обжимка";
закрепление контактов в корпуcе c помощью операции "расчеканка".

Остальные операции по изготовлению и сборке тумблера типовые.

Конструкция элементов тумблера позволяет автоматизировать производство деталей и сборку узлов и тумблера в целом. При этом трудоемкость сборки тумблера при традиционной технологии на 20% ниже в сравнении с имеющимися в производстве тумблерами.

Использование: в электротехнике, в частности в коммутационных аппаратах. Сущность изобретения: тумблерный переключатель содержит корпус из электроизоляционного материала, на основании которого неподвижно установлены боковые и центральные контакты. Механизм переключения состоит из рычага, колпачка, в центральном пазу которого шарнирно установлен рычаг, и толкателя с пружиной сжатия, размещенной между колпачком и толкателем. На центральных контактах установлены перекидные контакты и на контактодержателях размещены кожухи. В центральной части каждого кожуха выполнен выступ, а толкатель имеет боковые выступы с пазами в нижней части, при этом выступ каждого кожуха размещен в соответствующем пазу толкателя с возможностью вращения, а пружина сжатия установлена в центральной части толкателя под пазом колпачка, что устраняет "мертвую зону", а также зависимость скорости переключения системы от скорости перемещения рычага переключателя. Каждый кожух может быть выполнен из жесткого конструкционного металла, а выступ кожуха может иметь скругленную форму. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ТУМБЛЕРНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус из электроизоляционного материала, боковые и центральные неподвижные контакты, установленные на основании корпуса, механизм переключения, включающий рычаг, колпачок с центральным пазом в верхней части, в котором установлен рычаг с возможностью вращения, толкатель и пружину сжатия, размещенную между колпачком и толкателем, перекидные контактодержатели, установленные на центральных контактах, кожухи, закрепленные на каждом контактодержателе и соединенные с толкателем, отличающийся тем, что в центральной части каждого кожуха выполнен выступ, толкатель имеет боковые выступы, в нижней части которых выполнены пазы, при этом выступ каждого кожуха размещен в соответствущем пазу толкателя с возможностью вращения, а пружина сжатия установлена в центральной части толкателя под пазом колпачка. 2. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что каждый кожух выполнен из жесткого конструкционного металла. 3. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый выступ кожуха, размещенный в пазу толкателя, имеет скругленную поверхность в поперечном направлении.