КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2013 года по МПК H01H71/16 H01H71/74 

Изобретение относится к коммутационному аппарату, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Известны коммутационные аппараты, которые при повышенных токах в электрической сети, которые продолжаются в течение задаваемого времени, отделяют эту электрическую сеть от снабжающей сети для предотвращения дальнейшей подачи электрического тока. За счет этого предотвращается повреждение, например, возгорание кабеля, которое может возникать из-за повышенного нагревания проводников вследствие повышенного тока. Поэтому такие коммутационные аппараты имеют так называемое устройство отключения при токовой перегрузке, которое содержит, например, биметаллический элемент, который под воздействием протекающего тока в электрической сети нагревается, за счет чего биметаллический элемент изгибается. При задаваемой степени изгиба биметаллического элемента, которая пропорциональна задаваемому нагреванию электрической сети, биметаллический элемент приводит в действие механическое расцепляющее устройство, которое разделяет контакты коммутационного аппарата, и предотвращает дальнейшее протекание тока.

Недостатком таких известных коммутационных аппаратов является то, что, прежде всего, при лишь небольшом избыточном токе точность срабатывания коммутационного аппарата, а также воспроизводимость срабатывания коммутационного аппарата являются очень небольшими. В известных коммутационных аппаратах часто возникает проблема, что, прежде всего, при небольших избыточных токах, при которых срабатывание коммутационного аппарата должно происходить лишь после длительного времени, коммутационный аппарат срабатывает слишком поздно. Это приводит к опасности для людей и установок.

В DE 33 38 799 А1 приведено описание линейного защитного автомата с термическим расцепляющим механизмом, который содержит нагреваемый в прямом токе биметаллический элемент. В местах соединения биметаллического элемента с лепестковыми выводами, соответственно, с другим гибким проводом, расположен элемент из электрического резистивного материала между биметаллическим элементом и лепестковым выводом, соответственно, гибким проводом, с целью предотвращения отвода тепла из биметаллического элемента, соответственно, нагревания его. Из US 4 486 732 А известен компенсированный относительно окружения элемент защиты электродвигателя, содержащий биметаллический элемент и нагревательный элемент. В DE 10 2006 005697 А1 раскрыто устройство для приведения в действие коммутационного аппарата, которое в качестве расцепителя при перегрузке имеет биметаллический элемент.

Поэтому задачей изобретения является создание коммутационного аппарата указанного в начале вида, с помощью которого могут быть предотвращены названные недостатки и с помощью которого может быть улучшена точность и степень воспроизводимости расцепления коммутационного аппарата, а также юстировка устройства расцепителя при перегрузке.

Эта задача решена, согласно изобретению, с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения.

За счет этого можно уменьшать отвод тепла, соответственно, охлаждение биметаллического элемента через его крепление. Отвод тепла, соответственно, охлаждение биметаллического элемента через его крепление приводит к тому, что изгиб биметаллического элемента зависит не только от величины, соответственно, силы тока в цепи тока через коммутационный аппарат, но также от других величин, которые необязательно связаны с силой тока, что приводит к тому, что расцепление известных коммутационных аппаратов может быть неточным и плохо воспроизводимым. За счет признаков пункта 1 формулы изобретения можно повышать точность и степень воспроизводимости расцепления коммутационного аппарата с помощью биметаллического элемента. За счет этого улучшается юстировка биметаллического элемента и расцепляющего устройства.

Зависимые пункты формулы изобретения, которые так же, как пункт 1, одновременно образуют часть настоящей заявки, относятся к другим предпочтительным вариантам выполнения изобретения.

Ниже приводится более подробное описание изобретения на основании приведенных лишь в качестве примера предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - предпочтительный вариант выполнения коммутационного аппарата, согласно изобретению, в разнесенной аксонометрической проекции;

фиг.2 - предпочтительный вариант выполнения системы из биметаллического элемента и первого коммутационного контакта,

в аксонометрической проекции, частично в разрезе;

фиг.3 - система, согласно фиг.2, в аксонометрической проекции, без разреза;

фиг.4 - деталь системы, согласно фиг.2, на виде сбоку, частично в разрезе;

фиг.5 - система, согласно фиг.2, с дополнительным конструктивным элементом; и

фиг.6 - система, согласно фиг.3, с дополнительным конструктивным элементом.

На фиг.1 показан коммутационный аппарат 1, предпочтительно силовой выключатель, содержащий, по меньшей мере, одну входную клемму 2 и, по меньшей мере, одну выходную клемму 3 для присоединения электрических проводников, а также первый коммутирующий контакт 4 и второй коммутирующий контакт, при этом коммутирующие контакты 4 в замкнутом положении замыкают цепь тока между входной клеммой 2 и выходной клеммой 3, при этом предусмотрено устройство 6 расцепления при перегрузке для разделения первого коммутирующего контакта 4 и второго коммутирующего контакта, и при этом устройство 6 расцепления при перегрузке содержит, по меньшей мере, один биметаллический элемент 7, который нагревается электрическим током, при этом в зоне крепления 8 биметаллического элемента 7 расположен, по меньшей мере, один тепловой изолятор 9 для уменьшения отвода тепла от биметаллического элемента 7.

За счет этого может быть уменьшен отвод тепла, соответственно, охлаждение биметаллического элемента 7 через его крепление 8. Отвод тепла, соответственно, охлаждение биметаллического элемента 7 через его крепление 8 приводит к тому, что сгибание биметаллического элемента 7 зависит не только от величины, соответственно, силы тока в цепи тока через коммутационный аппарат 1, но также от других величин, которые необязательно связаны с силой тока, что приводит к тому, что расцепление известных коммутационных аппаратов 1 может быть неточным и плохо воспроизводимым. С помощью признаков настоящего изобретения можно повышать точность и степень воспроизводимости расцепления коммутационного аппарата 1 с помощью биметаллического элемента 7, соответственно, устройства 6 расцепления при перегрузке.

На фиг.1 показан ряд узлов предпочтительного варианта выполнения коммутационного аппарата 1, согласно изобретению, в разнесенной аксонометрической проекции. Показан вариант выполнения коммутационного аппарата с тремя растворами контактов, соответственно, тремя цепями тока, при этом может быть предусмотрено любое заданное количество растворов контактов, соответственно, коммутируемых цепей тока. Предпочтительно, коммутационные аппараты 1, согласно изобретению, снабжены одной, двумя, тремя или четырьмя цепями тока. В соответствии с количеством цепей тока предусмотрено соответствующее количество входных клемм 2 и выходных клемм 3. На фиг.1-4 показаны лишь неподвижные относительно корпуса части входных клемм 2, соответственно, выходных клемм 3. Соответствующие входные клеммы 2, соответственно, выходные клеммы 3 содержат, как правило, дополнительно к изображенным частям, по меньшей мере, один зажимной винт, а также предпочтительно, по меньшей мере, одну перемещаемую с помощью зажимного винта зажимную клетку.

Коммутационный аппарат 1 содержит в показанном предпочтительном варианте выполнения корпус из изолирующего материала, который в предпочтительном варианте выполнения содержит нижнюю чашу 15 корпуса и верхнюю чашу 16 корпуса. По меньшей мере, один первый коммутирующий контакт 4 лежит в замкнутом положении, по меньшей мере, на одном втором коммутирующем контакте, который в показанном варианте выполнения не виден внутри узла камеры 14 гашения электрической дуги.

Согласно изобретению, предусмотрено, что биметаллический элемент 7 закреплен в заданном месте внутри коммутационного аппарата 1. Предпочтительно, как показано на фигуре, предусмотрено, что биметаллический элемент 7 закреплен на первом проводнике 10 цепи тока, который предпочтительно согласован с входной клеммой 2 и/или выходной клеммой 3. В показанном предпочтительном варианте выполнения через биметаллический элемент 7 непосредственно протекает ток, то есть он сам является частью цепи тока, и сам непосредственно нагревается током. Однако может быть предусмотрено, что биметаллический элемент полностью или дополнительно нагревается опосредованно тем, что, например, на биметаллическом элементе 7 расположен пропускающий ток проводник. За счет крепления биметаллического элемента 7 на первом проводнике 10 предпочтительный вариант выполнения усиливается, поскольку это приводит к особенно простой и недорогой в изготовлении конструкции.

При увеличивающемся нагревании биметаллического элемента 7 при прохождении тока, он все больше изгибается. При заданной степени изгиба биметаллического элемента 7, которая пропорциональна заданному нагреванию электрической цепи, биметаллический элемент 7 приводит к расцеплению устройства 6 расцепления при перегрузке, которое непосредственно или же с помощью другого, взаимодействующего с устройством 6 расцепления при перегрузке, управляемого им механического устройства расцепления разделяет коммутирующие контакты 4 коммутационного аппарата 1 и предотвращает дальнейшее прохождение тока. Показанный предпочтительный вариант выполнения коммутационного аппарата 1 имеет для этого откидной рычаг 18. При этом рычаг 18 может управляться непосредственно биметаллическим элементом 7. Предпочтительно предусмотрено, что биметаллический элемент 7, как показано на фиг.5 и 6, имеет регулировочный винт 23 и что регулировочный винт 23 при заданном изгибе биметаллического элемента 7 приводит в действие расцепительный вал 13. С помощью регулировочного винта 23 можно также задавать, соответственно, регулировать необходимый для приведения в действие расцепительного вала 14 изгиб биметаллического элемента 7. Кроме того, предпочтительно предусмотрено, что расцепительный вал 13 согласован также с предпочтительно находящимся также в коммутационном аппарате 1 расцепителем 19 тока короткого замыкания, и этот расцепитель 19 тока короткого замыкания предназначен для приведения в действие расцепительного вала 13 с помощью откидного рычага 18. При заданном размере изгиба биметаллического элемента 7 он с помощью регулировочного винта 23 перемещает расцепительный вал 13, который приводит в действие замок 5 коммутационного аппарата. Замок 5 коммутационного аппарата служит для размыкания и замыкания коммутирующих контактов 4 вручную с помощью исполнительного рычага 17, а также для разделения коммутирующих контактов 4 при расцеплении устройства 6 расцепления при перегрузке, или соответственно, расцепителя 19 тока короткого замыкания.

На фиг.2-6 показан в различных проекциях предпочтительный вариант выполнения системы из биметаллического элемента 7 и первого коммутирующего контакта 4, при этом в зоне крепления 8 биметаллического элемента 7 расположен, по меньшей мере, один тепловой изолятор 9 для уменьшения отвода тепла от биметаллического элемента 7. Биметаллический элемент 7 закреплен первым концом 21 на первом проводнике 10, при этом наряду с изображенным креплением с помощью соединительной заклепки может быть также предусмотрено крепление с помощью винтов, зажимов, сварки или пайки. На противоположном первому концу 21 втором конце биметаллического элемента 7 расположен гибкий проводник 20, который соединяет биметаллический элемент 7 с первым коммутирующим контактом 4.

Для уменьшения отвода тепла от биметаллического элемента 7 может быть предусмотрен тепловой изолятор 9 любого вида. Например, при применении вместе с опосредованно нагреваемым биметаллическим элементом 7 могут быть предусмотрены, например, изоляторы, содержащие стекло и/или керамику. В показанном предпочтительном варианте выполнения, в котором через биметаллический элемент 7 протекает непосредственно ток цепи тока, предпочтительно предусмотрено, что тепловой изолятор 9 выполнен в виде металлического электрического проводника, при этом предпочтительно дополнительно предусмотрено, что тепловой изолятор 9 для повышения электрического сопротивления выполнен в зоне крепления 8. За счет этого можно наряду с уменьшением отвода тепла, соответственно, охлаждения биметаллического элемента 7 через первый проводник 10, соответственно, входную, соответственно, выходную клемму 2, 3 дополнительно достигать того, что биметаллический элемент 7 дополнительно нагревается с помощью теплового изолятора 9. Поскольку это дополнительное нагревание происходит на первом конце 21 и тем самым особенно далеко от второго конца 22, то механическое действие, которое может вызывать это дополнительное нагревание в виде увеличенного изгиба, а также увеличенного крутящего момента биметаллического элемента 7, особенно велико. За счет этого может быть повышено не только механическая эффективность биметаллического элемента 7, но также улучшена точность расцепления за счет дальнейшего уменьшения влияния внешних физических условий на нагревание биметаллического элемента 7.

Особенно предпочтительно и, как показано на фиг.1-4, предусмотрено, что тепловой изолятор 9 содержит пластину 11, которая расположена между первым проводником 10 и биметаллическим элементом 7. За счет такой пластины 11, соответственно, металлического листа можно достигать не только высокой механической стабильности, на также высокой степени теплоизоляции. Предпочтительно предусмотрено, что пластина 11 имеет теплопроводность, которая меньше 350 Вт/(м*K), в частности, меньше 200 Вт/(м*K) (W/(m*K), предпочтительно меньше 85 Вт/(м*K). При этом W обозначает мощность в Вт, m - длину в метрах, K - абсолютную температуру в Кельвинах и * - оператор умножения. За счет этого отвод тепла через пластину меньше отвода тепла при непосредственном контакте с, как правило, выполненным из меди первым проводником 10. В этой связи может быть предусмотрено, что пластина 11 может содержать любой материал с меньшей теплопроводностью, чем медь, при этом в соответствии с уже представленным предпочтительным вариантом выполнения может быть предусмотрено, что пластина 11 является металлическим электрическим проводником в техническом смысле, поэтому имеет удельное электрическое сопротивление меньше 0,5 (Ом*мм²)/м, предпочтительно меньше 0,2 (Ом*мм²)/м, однако больше удельного электрического сопротивления меди (примерно 0,01724 (Ом*мм²)/м)). Поэтому в предпочтительном варианте выполнения коммутационного аппарата 1, согласно изобретению, может быть предусмотрено, что пластина 11 выполнена, по меньшей мере, из одного материала, выбранного из группы: алюминий, латунь, цинк, сталь, предпочтительно нержавеющая сталь, никель, железо, платина, олово, тантал, свинец и/или титан. При этом особенно предпочтительно выполнение пластины 11 из стали, предпочтительно нержавеющей стали, за счет чего достигается особенно предпочтительный баланс из электрической проводимости, сопротивления и теплоизоляции. Кроме того, сталь имеет хорошую механическую обрабатываемость и низкую стоимость.

Как уже указывалось выше, может быть предусмотрено крепление любого вида для биметаллического элемента 7 с первым проводником 10. Особенно предпочтительно и, как показано на фиг.1-4, предусмотрено, что биметаллический элемент 7 соединен с первым проводником 19 с помощью, по меньшей мере, одной соединительной заклепки 12. Для дополнительного повышения действия теплового изолятора 9 предпочтительно предусмотрено, что тепловой изолятор 9 содержит соединительную заклепку 12. Однако может быть также предусмотрено, что тепловой изолятор 9 содержит, по меньшей мере, лишь одну соединительную заклепку 12 и не имеет пластин 12 между биметаллическим элементом 7 и первым проводником 10.

При выполнении соединительной заклепки предпочтительно предусмотрено, что она имеет теплопроводность, которая меньше 350 Вт/(м*K), в частности, меньше 250 Вт/(м*K) (W/(m*K)), предпочтительно меньше 150 Вт/(м*K) (W/(m*K)). При этом W обозначает мощность в Вт, m - длину в метрах, K - абсолютную температуру в Кельвинах и * - оператор умножения. За счет этого отвод тепла через выполненную так соединительную заклепку 12 меньше отвода тепла при выполненной из меди соединительной заклепке 12. В этой связи может быть предусмотрено, что соединительная заклепка 12 может содержать любой материал с меньшей теплопроводностью, чем медь, при этом в соответствии с уже указанным другим предпочтительным вариантом выполнения может быть предусмотрено, что соединительная заклепка 12 является металлическим электрическим проводником в техническом смысле, поэтому имеет удельное сопротивление меньше 0,5 (Ом*мм²)/м. Наряду с техническими параметрами относительно электрической и тепловой проводимости для применения материала в соединительной заклепке 12 дополнительно существенной является возможность податливой механической деформации. Поэтому в предпочтительном варианте выполнения коммутационного аппарата 1, согласно изобретению, предусмотрено, что соединительная заклепка 12 выполнена, по меньшей мере, из одного материала, выбранного из группы: алюминий, латунь, цинк, сталь, предпочтительно нержавеющая сталь, никель, железо, платина, олово, тантал, свинец и/или титан. Особенно предпочтительно соединительная заклепка 12 содержит латунь, при этом может быть предусмотрен любой вид латунного сплава, содержащего медь и цинк.

Другие варианты выполнения изобретения имеют лишь часть указанных выше признаков, при этом может быть предусмотрена любая комбинация признаков, в частности, из указанных выше вариантов выполнения.

Коммутационный аппарат (1), предпочтительно силовой выключатель, содержит, по меньшей мере, одну входную клемму (2) и, по меньшей мере, одну выходную клемму (3) для присоединения электрических проводников, а также первый коммутирующий контакт (4) и второй коммутирующий контакт (5), которые в замкнутом положении замыкают цепь тока между входной клеммой (2) и выходной клеммой (3), и устройство (6) расцепления при перегрузке для разделения первого (4) и второго (5) коммутирующих контактов. Устройство (6) расцепления при перегрузке содержит, по меньшей мере, один биметаллический элемент (7), который нагревается электрическим током. В зоне крепления (8) биметаллического элемента (7) расположен, по меньшей мере, один тепловой изолятор (9). Биметаллический элемент (7) соединен с первым проводником (10) с помощью, по меньшей мере, одной соединительной заклепки (12), причем тепловой изолятор (9) содержит соединительную заклепку (12) для уменьшения отвода тепла от биметаллического элемента (7). Технический результат - улучшение точности срабатывания и степени воспроизводимости расцепления коммутационного аппарата, а также юстировки устройства расцепления при перегрузке. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Коммутационный аппарат (1), предпочтительно силовой выключатель, содержащий, по меньшей мере, одну входную клемму (2) и, по меньшей мере, одну выходную клемму (3) для присоединения электрических проводников, а также первый коммутирующий контакт (4) и второй коммутирующий контакт, при этом коммутирующие контакты (4) в замкнутом положении замыкают цепь тока между входной клеммой (2) и выходной клеммой (3), при этом предусмотрено устройство (6) расцепления при перегрузке для разделения первого коммутирующего контакта (4) и второго коммутирующего контакта, при этом устройство (6) расцепления при перегрузке содержит, по меньшей мере, один биметаллический элемент (7), который нагревается электрическим током, при этом в зоне крепления (8) биметаллического элемента (7) расположен, по меньшей мере, один тепловой изолятор (9) для уменьшения отвода тепла от биметаллического элемента (7), и при этом биметаллический элемент (7) закреплен на первом проводнике (10) цепи тока, отличающийся тем, что биметаллический элемент (7) соединен с первым проводником (10) с помощью, по меньшей мере, одной соединительной заклепки (12), причем тепловой изолятор (9) содержит соединительную заклепку (12).

2. Коммутационный аппарат (1) по п.1, отличающийся тем, что первый проводник (10) цепи тока соединен с входной клеммой (2) или выходной клеммой (3).

3. Коммутационный аппарат (1) по п.1, отличающийся тем, что тепловой изолятор (9) выполнен в виде металлического электрического проводника.

4. Коммутационный аппарат (1) по п.1, отличающийся тем, что тепловой изолятор (9) для повышения электрического сопротивления выполнен в зоне крепления (8).

5. Коммутационный аппарат (1) по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что тепловой изолятор (9) содержит пластину (11), которая расположена между первым проводником (10) и биметаллическим элементом (7).

6. Коммутационный аппарат (1) по п.5, отличающийся тем, что пластина (11) имеет теплопроводность, которая меньше 350 Вт/(м·К), в частности меньше 200 Вт/(м·К), предпочтительно меньше 85 Вт/(м·К).

7. Коммутационный аппарат (1) по п.5, отличающийся тем, что пластина (11) выполнена, по меньшей мере, из одного материала, выбранного из группы: алюминий, латунь, цинк, сталь, предпочтительно нержавеющая сталь, никель, железо, платина, олово, тантал, свинец и/или титан.

8. Коммутационный аппарат (1) по п.1, отличающийся тем, что соединительная заклепка (12) имеет теплопроводность, которая меньше 350 Вт/(м·К), в частности меньше 250 Вт/(м·К), предпочтительно меньше 150 Вт/(м·К).

9. Коммутационный аппарат (1) по п.1, отличающийся тем, что соединительная заклепка (12) выполнена, по меньшей мере, из одного материала, выбранного из группы: алюминий, латунь, цинк, сталь, предпочтительно нержавеющая сталь, никель, железо, платина, олово, тантал, свинец и/или титан.