МЕХАНИЗМ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК H01H71/52 

Изобретение относится к механизму для автоматического выключателя с признаками согласно ограничительной части п. формулы.

Подобный механизм для электромагнитных автоматических выключателей перегрузки известен из [1]. Описанный в нем коленчато-рычажный механизм состоит из нескольких шарнирных пластин, которые при движении включения ручным рычагом прижимают подпружиненный контактный рычаг к неподвижному контакту. Образующие коленчатый рычаг шарнирные пластины взаимно юстированы винтом для точного соблюдения положения за мертвой точкой. В зоне шарнирной оси на одной пластине непосредственно выполнена кулачковая поверхность или закреплена в качестве отдельной детали, воздействующей на толкатель расцепляющего звена. Кулачок очень по-разному искривленной формы должен во время движения включения находиться приблизительно на одинаковом расстоянии от толкателя для того, чтобы при возникновении тока перегрузки сразу же после касания контактов он мог выпрямить коленчатый шарнир. В этом механизме кулачок очень трудно подогнать к движению шарнира в процессе включения. В зависимости от обгорания контактов и различных допусков деталей он значительно далек от идеального состояния. Поэтому требуется большой путь срабатывания толкателя для того, чтобы даже в неблагоприятных условиях устранить положение коленчато-шарнирного рычага за мертвой точкой и разомкнуть выключатель. У современных токоограничительных линейных защитных автоматов с их коротким временем отключения таких длинных ходов расцепляющих звеньев почти нет. Кроме того, точка расцепления слишком неточна. Другой недостаток состоит в юстировке положения шарнирных колен за мертвой точкой. При массовом производстве, обычном у автоматических выключателей, такое дополнительное место юстировки почти невозможно реализовать. Помимо дополнительных затрат рычаги с регулировочным винтом становятся слишком большими и тяжелыми. Для ускорения такого коленчато-шарнирного рычага усилия срабатывания также должны быть выше, что опять таки привело бы к утяжелению магнитных и тепловых расцепляющих звеньев.

Кроме того, из [2] известен переключающий механизм, у которого подпружиненный контактный рычаг посредством нескольких шарнирно соединенных между собой пластин взаимодействует с ручным исполнительным воротком. В одной из этих пластин закреплен перемещающийся в продольном направлении в шлице штифт, который, в свою очередь, имеет возможность зацепления за поворотную собачку и тем самым блокирует весь механизм. Двуплечий контактный рычаг перемещается со шлицем в поперечном направлении на неподвижной оси с возможностью поворота вокруг нее. На обращенной от места контактирования стороне на контактный рычаг воздействует пружина, которая во включенном положении напрягает весь механизм и создает контактное давление. Это механизм имеет тот недостаток, что требуется несколько шарнирных колен, которые к тому же дополнительно блокированы защелкивающим механизмом. Небольшие усилия срабатывания достигаются здесь, следовательно, только большими затратами на детали.

В основу изобретения положена задача упрощения конструкции вышеупомянутого коленчато-рычажного механизма и усовершенствования ее для современного автоматического выключателя, в частности линейного защитного автомата и/или автомата дифференциальной защиты, таким образом, чтобы обеспечить стабильное, почти выпрямленное положение коленчато-шарнирного рычага за мертвой точкой без юстировки или регулировки автоматически и независимо от положения установки выключателя и чтобы при этом можно было очень точно определить необходимые для устранения сцепления компоненты: усилие и путь, а также в течение длительного времени соблюдать их в серийном производстве с очень небольшим разбросом. В то же время в любой точке движения включения от первого касания контактов до полного напряженного включенного положения должна достигаться равномерная и точно определенная кривая расцепления, постоянно повторяющаяся независимо от состояния места контактирования.

Эта задача решается посредством механизма с отличительными признаками пункта I формулы изобретения. Усовершенствования и предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов.

Механизм согласно изобретению имеет то преимущество, что коленчато-шарнирный рычаг, в своем почти выпрямленном стабильном положении за мертвой точкой действует практически как жесткий рычаг и оба его шарнирных плеча опираются друг на друга без дополнительных деталей. При этом за счет особого исполнения выпрямляющего рычага и хомута из круглой проволоки в крупносерийном производстве можно точно соблюдать путь за мертвой точкой с небольшими допусками у всех выключателей. Все части шарнира имеют одинаково высокое качество поверхности, так что в шарнирных точках и особенно в коленчатом шарнире возникает лишь небольшое трение опоры. Кроме того, механизм почти не подвержен вибрации, а его шарнирные точки невосприимчивы к пыли или обгоревшим частицам. За счет точного пути срабатывания можно также точно задать усилие срабатывания, поскольку оно определяется преимущественно образующимся из пути за мертвой точкой движением выпрямления до положения мертвой точки против усилия у пружины контактного рычага. Напротив, влиянием пружины растяжения, сгибающей оба шарнирных плеча в направлении положения за мертвой точкой, можно пренебречь за счет ее особого расположения во включенном виде, а тем самым также в случае расцепления.

Особое преимущество изобретения состоит в том, что в процессе включения расцепляющий кулачок выпрямляющего рычага и колено хомута из круглой проволоки сообща описывают точно заданную контактным рычагом плоско изогнутую круговую траекторию. Независимо от состояния места контактирования и его изменяющегося резерва обгорания это обеспечивает в процессе включения от первого касания контактов до полного самоблокированного включенного положения точную, всегда постоянную кривую расцепления. Особенно при так называемом ударном включении нагрузки расцепление происходит сразу же и еще до достижения конечного положения воротка. Преимущество также в том, что лишь при прохождении мертвой точки коленчато-шарнирный рычаг попадает в свое нестабильное положение и за счет этого освобождает контактный рычаг для движения выключения, в то время как при недостаточном движении расцепления, например, после кратковременной тепловой нагрузки, он снова возвращается в заданное механизмом первоначальное стабильное положение за мертвой точкой.

Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью изображенного на чертеже примера осуществления, где дано: на фиг. 1 - механизм с необходимыми для понимания изобретения деталями во включенном положении; на фиг. 2 - механизм в процессе расцепления вскоре после прохождения мертвой точки; на фиг. 3 - механизм в выключенном положении с готовым для включения воротком.

В увеличенном виде изображено: на фиг. 4 - схематично положение коленчато-шарнирного рычага за мертвой точкой по фиг. 1; на фиг. 5 - диаграмма движения коленчато-шарнирного рычага по кривой расцепления в процессе включения; на фиг. 6 - в еще более увеличенном виде опирание хомута из круглой проволоки на выпрямляющий рычаг и его соответствие расцепляющему кулачку.

Механизм, изображенный на фиг. 1 - 3 в его функциональной плоскости, содержит выполненный для ручного включения исполнительный вороток 10, который большей частью расположен внутри схематично изображенного корпуса 20 выключателя и установлен с возможностью поворота на неподвижной оси 21 между неподвижными упорами 22, 23. Приблизительно диаметрально противоположно своей выступающей из корпуса рукоятке II вороток 10 снабжен отверстием 12, в котором посредством оси 31 с возможностью поворота сочленен выпрямляющий рычаг 30. Вместе со служащим в качестве опорного рычага U - образно согнутым из круглой проволоки хомутом 40 он образует коленчато-шарнирный рычаг, описываемый ниже подробнее и являющийся сутью изобретения.

Рычаг 30 представляет собой пластмассовую фасонную деталь с образующим шарнир опорным отверстием 32 для колена 41 хомута 40, колено 42 которого, опирающееся одной стороной на упорную поверхность 35, входит в кулису 51 жесткого контактного рычага 50. Приблизительно в середине он удерживается пазом 52 на неподвижной оси 24 с возможностью перемещения и поворота вокруг нее, за счет чего его плечо 53 со стороны контакта приводится в положение замыкания с неподвижным контактом 60. Подвешенная в корпусе проушиной 71 пружина 70, воздействующая крюком 72 на рычаг 50 между кулисой 51 и пазом 52, притягивает рычаг 50 во включенном положении (фиг. 1) к хомуту 40 коленчато-шарнирного рычага, находящегося вместе с рычагом 30 в своем стабильном, почти выпрямленном положении за мертвой точкой. При этом тело колена 42 хомута 40 поддерживает охватывающую его в виде полусферы кулису 51 надежно и без вибраций, так что пружина 70 прижимает рычаг 50, выполненный предпочтительно в виде плоской детали и перемещающийся на оси 24, к неподвижному контакту 60 и создает контактное давление.

На рычаг 30 воздействует дополнительная, значительно более слабая пружина растяжения 80, которая подвешена в крюкообразном продолжении 33, а также внутри корпуса таким образом, что за счет своего напряжения растяжения, особенно в выключенном виде (фиг. 3), на рычаг 30 оказывает воздействие поворотный момент по часовой стрелке и тем самым в направлении положения за мертвой точкой. В положениях на фиг. 2 и 3 плечо рычага, обозначенное линией действия пружины 80, значительно больше вокруг места опоры 12/31 рычага 30, чем на фиг. 1. В противоположность этому во включенном положении (фиг. 1) за счет выбора точек приложения силы пружины 80 направление ее действия почти совпадает с линией, соединяющей точку ее подвешивания 71 в корпусе и ось 31, так что поворотный момент уменьшается почти до нуля и на усилие срабатывания не оказывается воздействия. Пружина 80 продолжает нагружать в этом положении вороток 10 в направлении выключения, оказывая правокрутящий момент на него вокруг оси 21 посредством места опоры 12/31 рычага 30.

На неподвижной оси 25 расположен охватывающий рычаг 50 расцепляющий рычаг 90, поворачивающийся, например, у линейного защитного автомата известным образом по часовой стрелке тепловым или магнитным расцепляющим звеном (не показано). Рычаг 90 имеет на наружном краю соответствующий движениям коммутации и характеру срабатывания участок с расцепляющим контуром 91, взаимодействующий с соответственно расположенным расцепляющим кулачком 34 рычага 30 (фиг. 1, 5, 6). Последний снабжен, в свою очередь, в функциональной плоскости механизма под полукруглым кулачком 34 вышеназванной точной упорной поверхностью 35, к которой одной стороной в положении за мертвой точкой примыкает тело 42.1 колена 42 хомута 40 таким образом, что тело и кулачок, лежащие в осевом направлении друг за другом и снабженные одинаковым скруглением, совпадают между собой (фиг. 1, 6). За счет этого в процессе включения они описывают сообща круговую траекторию большого радиуса вокруг оси 24 рычага 50. Особенно эта точно определенная круговая траектория кулачка 34 и тела 42.1, принципиально изображенная на фиг. 5 в своих основных фазах в процессе включения за счет поворота воротка 10 из положения"0" значительно упрощает подгонку контура 91 рычага 90. Собственно функционально важный контур 91 проходит поэтому также в форме дуги окружности вокруг центра оси 24 концентрично траектории кулачка 34, так что от первого касания контактов до полного включения срабатывание может происходить в любое время и без задержки в одинаковых условиях. Особенно при так называемом ударном включении нагрузки механизм расцепляется поэтому сразу же после касания контактов 53, 60 независимо от их состояния и обгорания.

На фиг. 5 видно, что шарнирная точка 32/41 между рычагом 30 и хомутом 40 проходит в процессе включения очень неравномерную кривую. Особенно на последней фазе движения включения, когда другой шарнир (отверстие 12/ ось 31) на воротке 10 поворачивается за изображенную тонкими штрихами линию, соединяющую ось 21 и тело 42.1, а механизм сам напрягает себя, шарнирная точка 32/41 коленчато-шарнирного рычага, возвращается от максимальной точки на кривой. Это сильно искривленное движение в шарнирной точке 31/41 в противоположность почти линейной круговой траектории кулачка 34 с большим трудом выполняется рычагом 90 и обуславливает в каждом случае значительный холостой путь расцепляющего звена до выпрямления коленчато-шарнирного рычага.

Важное значение имеет, кроме того, находящаяся под кулачком 34 упорная поверхность 35, особенно точно соответствующая по размеру обоим местам опоры 31, 32, поскольку она в почти выпрямленном стабильном положении коленчато-шарнирного рычага, состоящего из рычага 30 и хомута 40, точно задает путь "Х" за мертвой точкой (длина отрезка "Х" на фиг. 4 схематично преувеличена). Этот путь за мертвой точкой определяет в зависимости от усилий пружин и разной длины плеч рычага характер срабатывания механизма, там что в соответствии с заданными соотношениями потребуется тщательная подгонка отрезка "Х". Наконец, можно соблюдать точный размер в крупносерийном производстве с узкими допусками, поскольку, кроме осевых металлических деталей (ось 31, тела 41.1, 42.1 колен 41, 42 хомута 40), изготовляемых с точным диаметром, соблюдать необходимо только один размер рычага 30. Все другие отклонения размеров механизма и деталей корпуса практически не оказывают в рамках обычных технологических допусков никакого влияния на это почти выпрямленное положение за мертвой точкой.

Коленчато-шарнирный рычаг, действующий во включенном положении (фиг. 1, 4) как жесткий рычаг, повернут, кроме того, своей образующей второй коленчатый шарнир шарнирной осью 31 на воротке 10 за мертвую точку по отношению к соответствующей этому линии (не показана), соединяющей ось 21 воротка 10 и воздействующее на рычаг 50 тело 42.1 колена 42 хомута 40. Весь механизм напряжен тем самым посредством пружины 70, расположенной приблизительно параллельно рычагу 30 и тянущей рычаг 50 приблизительно под прямым углом, в силовое равновесие, причем упор 22 корпуса и неподвижный контакт 60 образуют контропору. В противоположность этому влиянию пружины 80 имеет второстепенное значение.

Если во включенном положении на фиг. 1 рычаг 90 получает правокрутящий момент, будь то постепенно за счет теплового или резко за счет магнитного расцепителя, то его контур 91 прижимается к кулачку 34, и рычаг 30 совершает качательное движение против часовой стрелки вокруг оси 31. В том же направлении движется и расположенное в рычаге 30 тело 41.1 колеса 41 хомута 40, в то время как поддерживающее рычаг 50 тело 42.1 колена 42 отделяется от поверхности 35. Если рычаг повернется на кулачке 34 настолько, что образующее коленчатый шарнир тело 41.1 колена 41 пройдет отрезок "Х" до положения мертвой точки, причем действующее на рычаг 90 усилие за счет незначительно выпрямляющихся шарнирных плеч должно преодолеть большее натяжение пружины 70, то стабильное положение устраняется, и коленчато-шарнирный рычаг попадает в свое нестабильное положение (фиг. 2). Этим устраняется общее натяжение механизма, и рычаг 50 поворачивается вокруг оси 24 против часовой стрелки под действием готовящей теперь усилие срабатывания пружины 70. При этом плечо 53 приподнимается от неподвижного контакта 50 и достигает выключенного положения (фиг. 3).

Пока вороток 10 не фиксирован, воздействуя на рычаг 30 пружина 80 также притягивает его в положение по фиг. 3, причем вороток 10 теперь упирается в противоположный упор 23. При этом ось 31 сместилась по круговой траектории вокруг оси 21 воротка 10, а точка приложения силы пружины 80 сместилась на крюкообразном продолжении 33 настолько, что сильный правокрутящий момент тянет рычаг 30 и тем самым хомут 40 в направлении стабильного положения. Тело 42.1 колена 42, проходящее в кулисе 51 рычага 50 с достаточным продольным зазором, но вплотную с боков, может при этом отклониться лишь настолько, что рычаг 30 прижмется своей поверхностью 35 в любом случае к телу 42.1 и коленчато-шарнирный рычаг сразу же снова займет свое почти выпрямленное положение за мертвой точкой (фиг. 3).

Механизм, таким образом, снова готов к включению. Соответствующее, предпочтительно ручное левокрутящее движение поворота рукоятки 11 сдвигает затем также поворачивающийся на оси 31 в противоположном направлении рычаг 30 вместе с хомутом 40 в качестве практически жесткого рычага в направлении рычага 50, который, будучи сдвинут на кулисе 51 телом 42.1 колена 42, достигает уже описанного включенного положения по фиг. 1, если предварительно рычаг 90 не расцепил уже механизм во время движения включения, например при ударном включении нагрузки.

Использование: изобретение относится к автоматическим выключателям. Сущность изобретения: механизм содержит расположенный внутри корпуса подпружиненный в направлении выключения ручной исполнительный вороток, с которым с возможностью поворота шарнирно соединен рычаг. На него при включении опирается против усилия пружины поворачивающийся вокруг оси контактный рычаг. Он воздействует на неподвижный контакт и напрягается в положении замыкания с самофиксацией против усилия пружины. Между воротком и контактным рычагом расположен образованный выпрямляющим рычагом и хомутом коленчато-шарнирный рычаг, который в стабильном положении почти выпрямлен и за счет формы выпрямляющего рычага занимает точно определенное положение за мертвой точкой обоих своих плеч. Рычаг действует тем самым при включении и во включенном положении как жесткий рычаг. Лишь за счет нагрузки его шарнира приблизительно под прямым углом расцепляющим рычагом в направлении мертвой точки рычаг попадает в нестабильное положение под действием контактного рычага, поворачивающегося обратно за счет усилия пружины. Это устраняет жесткое соединение между воротком и контактным рычагом, в результате чего плечо со стороны контакта может повернуться в свое разомкнутое положение. Механизм согласно изобретению особенно пригоден для автоматов дифференциальной защиты и линейных защитных автоматов. 4 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Механизм для автоматического выключателя, содержащий головку ручного управления и шарнирно соединенный с ней с возможностью поворота коленчато-шарнирный рычаг, контактный рычаг, имеющий возможность поворота вокруг неподвижной оси и опирающийся в процессе включения на коленчато-шарнирный рычаг, контактный рычаг содержит контакт, имеющий возможность взаимодействия с неподвижным контактом под воздействием пружины с самофиксацией в замкнутом положении контактов, расцепляющий рычаг расположен с возможностью поворота и взаимодействия с расцепляющим кулачком, расположенным на коленчато-шарнирном рычаге, отличающийся тем, что коленчато-шарнирный рычаг содержит расположенный на головке ручного управления, коленчатый рычаг и U-образный хомут из круглой проволоки, на коленчатом рычаге имеется опорная поверхность, соответствующая по размерам оси, отверстию и хомуту, опорная поверхность выполнена так, что она ограничивает одной стороной путь коленчато-шарнирного рычага за мертвую точку, свободное колено хомута расположено в параллельной расцепляющему кулачку плоскости непосредственно рядом с ним, а в положении за мертвой точкой расцепляющий кулачек совпадает в осевом направлении с действующим на контактный рычаг свободным коленом хомута, расцепляющий кулачок расположен так, что при включении, а также при ручном выключении расцепляющий кулачок и колено хомута проходят вместе от контактного рычага вокруг его оси по круговой траектории, а расцепляющий рычаг имеет контур в форме дуги окружности, имеющей ту же ось и расположенную концентрично указанной круговой траектории, причем радиус последней меньше радиуса круговой траектории, проходимой расцепляющим кулачком и коленом хомута. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что он снабжен пружиной растяжения, установленной с возможностью действия на оба шарнирных плеча коленчато-шарнирного рычага в направлении положения за мертвой точкой. 3. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что коленчатый рычаг расположен на головке ручного управления и соединен с пружиной растяжения так, что пружина воздействует одновременно на головку ручного управления в направлении выключения. 4. Механизм по пп. 1 3, отличающийся тем, что опорная поверхность для колена хомута расположена между контактным рычагом и расцепляющим кулачком, причем расцепляющий кулачок и колено хомута расположены друг за другом в осевом направлении на стороне расцепляющего рычага и имеют одинаковый радиус контура. 5. Механизм по пп.1 4, отличающийся тем, что контактный рычаг имеет паз, посредством которого он расположен на неподвижной оси, а также кулису, расположенную на плече рычага, противоположном месту контактирования контактов, и соответствующую диаметру проволоки хомута, в кулисе расположено колено хомута так, что колено своим телом прилегает к кулисе при включении и во включенном положении.