электрический выключатель с установленным с возможностью вращения контактным элементом

Формула изобретения

1. Электрический выключатель для электрического присоединения электрического проводника к шинопроводу, содержащий контактный элемент и устройство перемещения, причем при замыкании и размыкании выключателя устройство перемещения перемещает контактный элемент, а для размыкания и замыкания выключателя вращает контактный элемент (44) вокруг оси, контактный элемент (44) установлен на валу (D), привод приводит вал (D) во вращение для размыкания и замыкания выключателя, контактный элемент имеет две контактные поверхности (45, 46), причем в замкнутом положении выключателя одна контактная поверхность (45) находится в контакте с шинопроводом (S), а другая контактная поверхность (46) - с расположенным в корпусе (41) проводником (43), отличающийся тем, что контактный элемент (44) установлен радиально на валу (D) с возможностью перемещения.

2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что вал (D) расположен перпендикулярно к нормали (S_N) к контактной поверхности (S_K) шинопровода (S).

3. Выключатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что привод вращает или поворачивает вал (D) для размыкания и замыкания выключателя.

4. Выключатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что контактный элемент (44) установлен в опорной детали или направляющей детали (48) с возможностью опрокидывания вокруг своей продольной оси и перемещения в направлении своей продольной оси.

5. Выключатель по п.4, отличающийся тем, что вал (D) и/или направляющая деталь (48) изготовлены из непроводящего материала.

6. Выключатель по любому из пп.1-3, 5, отличающийся тем, что направляющая деталь (48) имеет поверхности прилегания (51, 51'), выполненные наискось к оси вала (D), причем при размыкании выключателя контактный элемент (44) за счет поверхностей прилегания (51, 51') поворачивается сначала вокруг своей продольной оси, которая образована линией соединения его контактных поверхностей (45, 46).

7. Выключатель по п.4, отличающийся тем, что направляющая деталь (48) имеет поверхности прилегания (51, 51'), выполненные наискось к оси вала (D), причем при размыкании выключателя контактный элемент (44) за счет поверхностей прилегания (51, 51') поворачивается сначала вокруг своей продольной оси, которая образована линией соединения его контактных поверхностей (45, 46).

8. Выключатель по любому из пп.1-3, 5, 7, отличающийся тем, что на одном общем валу (D) расположены несколько направляющих деталей (48) для расположенных рядом друг с другом выключателей.

9. Выключатель по п.4, отличающийся тем, что на одном общем валу (D) расположены несколько направляющих деталей (48) для расположенных рядом друг с другом выключателей.

10. Выключатель по п.6, отличающийся тем, что на одном общем валу (D) расположены несколько направляющих деталей (48) для расположенных рядом друг с другом выключателей.

11. Распределительное устройство с использованием нескольких расположенных рядом друг с другом электрических выключателей по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что посредством исполнительного элемента один контактный элемент, все контактные элементы или группа контактных элементов выполнены с возможностью одновременного вращения.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что исполнительный элемент выполнен с возможностью перемещения посредством привода или вручную для вращения контактного элемента или контактных элементов.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что исполнительный элемент представляет собой вал (D) или зубчатую рейку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическому выключателю в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

В преобладающем числе находящихся в эксплуатации технологий контактирования используется техника разъемных соединений, т.е. контакт с шинопроводом создается с помощью штекера, который надвигается на шинопровод и охватывает шину с обеих сторон. Эта техника разъемных соединений требует конструктивно большого объема для контактирования, является относительно открытой и трудно изолируется. Возникающие аварийные дуги относительно легко распространяются в соседние области, разрушая, таким образом, целые панели распределительного щита или блоки управления.

Из EP 0646938 A1 известен выключатель, контактный элемент которого имеет на обоих своих концах по одной контактной поверхности для контактирования с неподвижными присоединительными проводниками. Контактный элемент установлен с возможностью поворота вокруг оси, причем при повороте контактного элемента контактные поверхности надеваются на контактные поверхности присоединительных проводников или отводятся от них. В случае залипания контактных поверхностей требуются очень большие усилия для его устранения.

Из WO 02/065494 A1 также известен установленный с возможностью поворота контактный элемент, который по функции и движению приблизительно соответствует контактному элементу из EP 0646938 A1.

Помимо техники разъемных соединений из EP 1318584 известен вставной блок распределительного устройства, у которого контактные элементы электрических выключателей выполнены пружинящими и прижимаются к шинопроводам.

Недостатком описанных выше технологий контактирования является то, что усилий приводных механизмов для перемещения контактных элементов недостаточно, чтобы устранить возможное возникшее залипание. В зависимости от степени залипания контакты приходится разъединять, как правило, вручную ручными инструментами. В зависимости от типа панели это вызывает разрушение токопроводящего блока и может осуществляться только не под напряжением.

В описанной выше технике разъемных соединений высокая надежность контактирования может быть реализована с относительно большими затратами. В случае конструктивных допусков или неправильных размеров при замыкании выключателя каркас коробится. Вследствие этого контактный элемент больше не находится в оптимальном положении относительно шинопровода, в результате чего контакт с шинопроводом происходит неполностью, что также ведет к неправильному контактированию вплоть до зажигания аварийных дуг.

Задачей изобретения является создание электрического выключателя для присоединения электрического проводника к шинопроводу, у которого контактный элемент даже при легком залипании с шинопроводом мог бы надежно отводиться от него.

Эта задача решается, согласно изобретению, посредством выключателя с признаками пункта 1 формулы изобретения.

Предложенный электрический выключатель работает не только с техникой разъемного соединения, но и с техникой контактного соединения. Шинопровод больше не охватывается, а контактирует только с одной стороны. Это обеспечивает минимальный объем контактирования и простую эффективную изоляцию от других функциональных пространств.

При замкнутом электрическом выключателе контактный элемент предпочтительно подпружинено прижимается к шинопроводу, что компенсирует возможные производственные допуски или вызванное выгоранием укорочение контактного элемента. Пружинящий элемент выполнен предпочтительно таким образом, что за счет силы Лоренца контактное давление динамически усиливается магнитным полем, которое действует на проводящий пружинящий элемент во внутренней контактной зоне и в случае короткого замыкания прочно прижимает контактный элемент к шинопроводу. Это предпочтительно препятствует отводу контакта.

Как уже сказано, контактный элемент, по меньшей мере, в начале движения во время отвода от шинопровода может вращаться вокруг контактной поверхности и одновременно или затем двигаться от шинопровода. В случае залипания контактов оно надежно и без вспомогательных средств разъединяется предпочтительно за счет высокого крутящего момента при вращательном движении с помощью имеющегося вращательного механизма. Вращательное движение при этом развязано. Движения присоединительного провода контактного элемента не происходит. Вращение необязательно должно происходить. Оно происходит в одном предпочтительном варианте только тогда, когда контакты слиплись.

В одном токовом модульном блоке могут быть расположены несколько предложенных электрических выключателей. При этом они расположены, в частности, рядом друг с другом таким образом, что могут одновременно перемещаться, например, посредством единственного исполнительного элемента, в частности посредством общего вала. Разумеется, возможно также, чтобы отдельные выключатели или их группы приводились в действие посредством отдельных приводов.

Электрический выключатель согласно изобретению предпочтительно за счет своих небольших габаритов или малого числа деталей может быть встроен в любой корпус или панель распределительного щита без снижения высоких требований к безопасности. Электрический выключатель может быть заменен в виде отдельной детали, так что возможен быстрый и недорогой ремонт уже смонтированных корпусов или панелей распределительного щита. Электрический выключатель согласно изобретению может использоваться на электростанциях, в медицинской технике, в промышленности основных материалов, химической промышленности или же вообще в области низких и средних напряжений.

Разумеется, возможно приведение в действие контактного элемента не только зубчатой рейкой. Точно также возможно, чтобы контактный элемент взаимодействовал непосредственно с шестерней привода, причем в этом случае шестерня может скользить в осевом направлении вдоль зубчатого венца контактного элемента. Также возможно, чтобы контактный элемент приводился во вращательное движение, например, посредством зубчатых ремней или других приводов, чтобы размыкать и замыкать коммутационный элемент.

Электрический выключатель согласно изобретению может закрепляться преимущественно с геометрическим замыканием на шинодержателе или на самой шине, причем геометрическое замыкание действует, в частности, в направлении движения хода контактного элемента.

Согласно изобретению контактный элемент расположен на вращающемся валу, причем сам контактный элемент установлен с возможностью перемещения валом или на валу. Таким образом, можно установить на валу несколько контактных элементов нескольких расположенных рядом друг с другом выключателей. Чтобы контактный элемент при отводе вращался вокруг нормали к контактной поверхности шинопровода, вал или закрепленная на нем опорная деталь имеет направляющую кулису или поверхности прилегания, которые вызывают вращение или опрокидывание контактного элемента при вращении вала, в результате чего, возможно, залипший контактный элемент опрокидывается или вращается вокруг нормали к поверхности, благодаря чему залипание надежно устраняется. После этого контактный элемент может быть надежно повернут в разомкнутое положение выключателя.

Ниже различные варианты предложенного электрического выключателя более подробно поясняются с помощью чертежей, на которых изображают:

- фиг.1a-1c: перспективные виды первого возможного варианта выполнения с установленным с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной нормали к контактной поверхности шинопровода, контактным элементом, который расположен между отрезком проводника и шинопроводом;

- фиг.2a, 2b: вид сбоку выключателя на фиг.1a-1c;

- фиг.3: перспективный вид нескольких поворачивающихся посредством общего вала электрических выключателей в первом варианте выполнения;

- фиг.4a-4d: различные виды контактного элемента, установленного с возможностью перемещения и опрокидывания на выполненном в виде опоры участке исполнительного вала.

На фиг.1a-1c изображен первый возможный вариант выполнения электрического выключателя, в котором контактный элемент 44 установлен с возможностью поворота вокруг вала D, расположенного перпендикулярно нормали S_N к контактной поверхности S_K шинопровода. В корпусе 41 расположен проводник 43, свободный конец которого выполнен в виде пружины 43b. На фиг.1a выключатель изображен в разомкнутом положении. Контакты 45, 46 контактного элемента 44 находятся при этом внутри корпуса 41. На фиг.1b показан процесс замыкания, при котором контактный элемент поворачивается вокруг своей оси D. Расстояния между контактным элементом 44 и шинопроводом S или между контактным элементом 44 и проводником 43b рассчитаны таким образом, что в контакт с шинопроводом S вступает сначала контактная поверхность 45. Кроме того, расстояние между проводником 43b и шинопроводом при разомкнутом выключателе меньше продольной протяженности контактного элемента 44. При замыкании выключателя контактный элемент 44 вступает в контакт сначала с шинопроводом. Контактный элемент 44 установлен на валу D с возможностью радиального перемещения относительно своей продольной протяженности и отжимается от шинопровода S в направлении проводника 43b, причем контактный элемент поворачивается дальше в свое окончательное положение (фиг.1c).

В качестве опции может быть предусмотрен штифт 47, который при размыкании поворачивает контактный элемент 44 сначала вокруг оси его продольной протяженности, так что в результате вращения наверняка отделяется даже залипший контакт. Для этого на штифте 47 выполнены соответствующие направляющие кулисы, а в контактном элементе 44 выполнено окошкообразное отверстие 44f. Во время поворота вокруг оси своей продольной протяженности контактный элемент еще не поворачивается вокруг оси вала D. Это происходит только после того, как штифт 47 повернет контактный элемент 44 на угол до 25°.

На фиг.2a, 2b, 3 и 4 изображена небольшая модификация пятого варианта. Механизм вращения контактного элемента 44 вокруг оси его продольной протяженности образован внутри направляющего тела 48 поверхностями прилегания 51, 51'. Направляющее тело 48 может быть выполнено в виде составной части вала D или за одно целое с ним. Вал D и/или направляющее тело 48 должны быть изготовлены из изолирующего материала. Направляющее тело 48 имеет сквозную выемку 50, 50', которая разделена на участки 48a, 48b. Выемка 50, 50' имеет скошенные поверхности прилегания 51, 51' и параллельные оси вала поверхности прилегания 52, 53. Последние отжимают контактный элемент 44 при вращении вала D из разомкнутого положения выключателя в замкнутое. Надежное прилегание контактного элемента 44 к этим поверхностям прилегания 52, 53 обеспечивается силами трения, которые созданы контактными поверхностями 45, 46 вместе с шинопроводом S или проводником 43.

При размыкании выключателя контактный элемент 44 сначала останавливается в своем положении, что обусловлено описанными выше силами трения и возможным залипанием между контактным элементом 44 и шинопроводом S. Благодаря тому, что поверхности прилегания 51, 51' выполнены наискось к оси вала, контактный элемент упирается в них сначала своей правой стороной (фиг.16 и 17b) и опрокидывается вокруг своей продольной оси, в результате чего надежно и без приложения большого усилия за счет вращения устраняется возможное залипание. После устранения залипания или самое позднее при полном прилегании контактного элемента его боковыми стенками к поверхностям прилегания 51, 51', что происходит после движения опрокидывания примерно на 15°, контактный элемент 44 вместе с валом поворачивается вокруг оси вала в направлении разомкнутого положения выключателя (фиг.15b). В случае отсутствия залипания контактный элемент 44 также перед полным прилеганием к контактным поверхностям 51, 51' может быть повернут валом D вокруг его оси, что обусловлено имеющимися силами трения.

На фиг.3 изображено параллельное расположение восьми выключателей, контактные элементы 44 которых приводятся в действие общим валом D. На валу D выполнено или закреплено зубчатое колесо 49, взаимодействующее с механическим или электромеханическим приводом (не показан). Этот вариант обеспечивает более компактную конструкцию по высоте и ширине, чем прежние варианты.

На фиг.4a-4d изображены различные виды описанного последним варианта. Как представлено на фиг.4d, контактный элемент 44 имеет широкий 44a и узкий 44b участки. Участок 44a образует своей находящейся вне опорной детали 48 свободной торцевой стороной контактную поверхность 45, которая взаимодействует с шинопроводом S (не показан). Участок 44b образует своей торцевой стороной контактную поверхность 46, которая взаимодействует с проводником 43 в замкнутом положении выключателя. Участки 48a, 48b выемки 50, 50' направляющего тела 48 выполнены так, что контактный элемент 44 за счет геометрического замыкания не может выпасть вниз из направляющего тела 48 (фиг.4d). Благодаря этому выполнению контактный элемент 44 установлен в направляющем теле 48 с возможностью перемещения в направлении линии соединения контактных поверхностей 45, 46, так что он может быть позиционирован за счет прижимных усилий шинопровода S и проводника 43.