专利名称：用于主驱动装置的机械闭锁装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于主驱动装置的机械闭锁装置(latching unit)。
背景技术：
闭锁装置用于在限定的位置或操作阶段中锁止/释放机械系统，尤其为由连杆 (link)和接头组成的机构。可在用于电路断路器的触头系统的机电驱动装置中获得闭锁装置的典型应用(领域低压、中压、高压)。尤其地，在以上提及的应用领域中，对这些闭锁装置的要求为-高可靠性，-对振动或过载条件的鲁棒性(robustness)，-宽的温度范围，-带有尽可能低的响应时间分散(scatter)的高可重复性，-最短且可调节的反应时间和总的机械操作时间。通常这些要求和操作条件意味着主要基于机电子系统的复杂、高质量且因此昂贵的系统设计。如果这些装置设计成满足低成本目标，则通常在质量和/或性能方面就必须进行妥协。
发明内容
所以本发明的目的为，提供一种这样的用于主驱动装置的机械闭锁装置，S卩，其具有高的可靠性、带有尽可能低的分散的高重复性、最短并且可调节的反应时间和总的机械操作时间。该问题通过用于主驱动装置的机械闭锁装置来解决，带有在壳体内的滚动机械开关(rolling mechanical switch),-带有主滚轮，反转滚轮(counterroller)，滑架(carriage)和滑架脱扣/锁定杆，-带有在主滚轮和滑架的第一端部之间形成的第一接头，-其中，在滑架的第二端部处的至少一个导向栓接合到导向槽中，-其中，主驱动装置的牵引连杆施加到主滚轮上的负荷分配为施加到反转滚轮上的初级分力(primary force component)和在滑架的第二端部的方向上施加的次级分力 (secondary force component)，-其中，由滑架脱扣/锁定杆在导向槽的方向上将脱扣力施加到导向栓上。所提议的主驱动装置的机械闭锁装置的优点为，所体积的设计基于标准件取代了现有技术中通常使用的特殊部件来满足苛刻的性能要求。使用更少的零件和标准件能够改进闭锁设计方案的成本与性能比。在一个操作程序后，确保复位到限定的可重复的初始状态中。由于部件数量的减少，改进了闭锁装置的整体可靠性。本发明的其它有利的实施例在从属权利要求中提及。
现在将通过示例性实施例并参考附图对本发明做进一步解释，其中，图1显示了闭锁装置的侧视图(剖视图)，图2显示了敞开的闭锁装置的三维视图，图3显示了根据图1的配置的细节，图4显示了相关负荷和力的分布，图5显示了壳体板内侧的三维视图，图6显示了滑架的三维视图，图7显示了主滚轮的三维视图，图8显示了牵引连杆(驱动齿)的三维视图。
具体实施例方式图1显示了闭锁装置的侧视图(剖视图)。闭锁装置100的主要构件和子装置为-带有两个壳体板10(其带有实现的导向槽11(以及端部止动部))的壳体，-带有(滚针)轴承和轴31的主滚轮30，-带有(滚针)轴承和(主)轴41的反转滚轮40，-滑架50，设计成带有三个安装臂55，56，57的Y型棒滑架(Y_barcarriage)，其中，导向栓(轴)52在滑架50的第二端部处穿过这些安装臂的其中两个，并且其中，导向栓 (轴)52接合到导向槽11中，-位于主滚轮30和滑架50的第一端部之间的第一接头，-固定在壳体上以将滑架50复位返回到中性或阻挡(blocking)位置的滑架复位弹簧51，-带(滚针)轴承和轴61的滑架偏转滚轮(carriagedeflection roller) 60，-滑架脱扣/锁定杆20(促动脱扣杆)，带有杆复位弹簧21以将滑架脱扣/锁定杆20复位返回到中性或阻挡位置，-位于滑架(50)的第二端部和滑架脱扣/锁定杆20之间的第二接头，-带有促动线圈(actuatorcoil) 2和旋转衔铁(swivel anchor) 3的促动装置 1(带有电磁促动)。闭锁装置100表示“滚动机械开关”。图1还显示了主驱动装置5的一部分(例如，加载的扭力弹簧/用于电路断路器的触点系统的机电驱动装置)，带有牵引连杆6，该牵引连杆6设计为驱动齿，该驱动齿能够围绕其枢转中心(pivot centre) 7转动并在锁定状态(中性或阻挡位置)期间接触主滚轮30。牵引连杆6以负荷或力F6在朝向主滚轮30的方向推动。图1显示了闭锁装置100的中性或阻挡位置，其中，由“滚动机械开关”阻挡牵引连杆6的任何转动。为了操作主驱动装置5发生以下步骤1)首先将控制信号施加到促动装置1上，并且因而旋转衔铁3在箭头A的方向上运动，其结果是滑架脱扣/锁定杆20也在箭头A的方向上运动。2)因而滑架的导向栓(轴)52沿着壳体板10的导向槽11滑动-见箭头B所表示的这些导向栓(轴)52的运动。
3)这导致主滚轮30在朝向滑架偏转滚轮60的方向上运动，由箭头C表示。4)主滚轮30相对于力F6的作用近似成直角的这种运动使互锁失效，因而牵引连杆6绕着其枢转中心7转动并且随着主滚轮30 —起滚动——见箭头D所表示的运动。因而初始状态受到切入到两个主壳体板10中的过大的槽11限制。通过中心板和主滚轮30，再加上滑架50和壳体板10产生非平面运动(out of plane motion) 0 一旦释放操作完成，通过使用弹簧将使机构复位到初始位置，弹簧将滑架50和滑架脱扣/锁定杆 20拉回，以俘获(catch)牵引连杆6。这意味着在给促动装置1的控制信号终止后，杆复位弹簧21将滑架脱扣/锁定杆20推回到中性或阻挡位置——见箭头E表示的运动。在释放牵引连杆6之后，滑架复位弹簧51把滑架50以及因此主滚轮30推回中性或阻挡位置—— 即与由箭头B和C所表示运动的相反的运动。在转动后，牵引连杆6回到主滚轮30(比如借助于主驱动装置5的电机，向前和向后运动都是需要的)并且将由主滚轮30阻挡。因而闭锁装置100准备好进行下一个操作次序，例如随后的切换断开过程。图2是敞开的闭锁装置100的三维视图，该装置必须通过带有其壳体板10的壳体与主驱动装置5机械地相连接(见带枢转中心7的牵引连杆6)。主滚轮30由两个分开的带有轴31的接触滚轮32，33组成，其中，滑架50的安装臂55固定在这两个滚轮32，33之间，为此轴31穿过安装臂55的圆柱孔54-见图6和图7。不言而喻，反转滚轮41也必须被分为两个滚轮，以用于接触两个接触滚轮32，33。在图1箭头B所表示的运动期间，滑架50 靠近导向栓(轴)52的安装臂56，57接触滑架偏转滚轮60。此外，图2显示带有轴41的反转滚轮40 (其接触/支持主滚轮30)以及滑架脱扣/锁定杆20，杆复位弹簧21，滑架复位弹簧51和带有促动线圈1和旋转衔铁3的促动装置1。图3显示了根据图1的构造方案的细节，带有-主滚轮30，其通过接触滚轮32，33接触牵引连杆6，其中，轴31穿过滑架50的安装臂56的圆柱孔54，-实现在闭锁装置100的壳体板10中的导向槽11，作为用于导向栓(轴)52的操作面，-带有轴41的反转滚轮40，-带有轴61的滑架偏转滚轮60，其中，滑架50的安装臂56接触该滚轮60，-滑架脱扣/锁定杆20。图4显示了相关负荷和作用力(力组)的分布。由牵引连杆6施加到主滚轮30 上的负荷或力F6分配为施加到反转滚轮40上的初级分力F40以及在滑架50的第二端部方向上(也就是在导向栓52和滑架偏转滚轮60的方向上)施加的次级分力F60。换句话说，力F6并不是准确地在主滚轮30的中心方向上推压，而是必须存在现代的(小)偏差以在互锁失效后造成/支持主滚轮30和滑架50在朝向导向栓52/滑架偏转滚轮60的方向上运动。图5显示了壳体板内侧的三维视图。显示了导向槽11，用于主滚轮30的定位室 12以及用于反转滚轮40的定位孔13。对于壳体板10可使用堆积(piled)金属片件，切割件或铸造件。对于由金属片件制成的壳体板10，整个几何体将由不同的金属片层形成。用于左和右壳体板10的部件是一样的，只是以不同顺序堆积。根据不同应用中不同驱动的要求，金属片层也允许按比例进行设计(scaling of the design)(负荷越高，层的数目越多或对于层的板越厚)。图6显示了滑架的三维视图。滑架50包括滑架主体59-在其第一端处带有第一安装臂55，该第一安装臂55带有圆柱孔M以接受主滚轮30的轴31以形成第一接头，-在其第二端处带有第二安装臂56和第三安装臂57，以接受导向栓(轴)52，其中，滑架脱扣/锁定杆20的顶端接合到安装臂56，57之间的槽58中，以用于在滑架50和滑架脱扣/锁定杆20 (借助于其顶端的孔)之间形成第二个接头。滑架50可制造为切割(机械加工)件，铸造件，锻造件，金属片件或是混合式组合。优选地，滑架50为机械加工或铸造。对于导销/终端止动销或导向栓(轴)52可选地， 可将标准高强度平行销插入滑架主体59或其两个安装臂56，57中。图7显示了主滚轮30的三维视图，其设计为带有两个分开的接触轴32，33的接触双滚轮，在这两个滚轮之间带有轴31，其中，滑架50的安装臂55接合到滚轮32，33之间的空隙中，以用于在主滚轮30和滑架50之间形成接头。图8显示了牵引连杆6 (驱动齿)的三维视图，其包括布置成相互垂直的两个臂， 在两个臂部的连接区域附近有枢转中心7。接触主滚轮30的臂部9的接触轮廓(面)8提供适当的接触几何，使得主滚轮30和牵引连杆6本身(驱动齿)两部件的接触区域中的接触应力较低。优选实施例是带有这样的弯曲面(例如花键形(spline)或椭圆形)的接触轮廓8，即，在其与主滚轮30整个相间作用(interaction phase)期间至少在一个方向上形成线接触。提议的机械闭锁装置能够以储存的势能以由电动促动装置1所提供的最小量的切换能量通过外部储存能量在非常短但可重复的反应时间内(意味着低分散)释放转换机构(conversion mechanism)。闭锁装置的关键特征是力减小机构(force reduction mechanism)，其包括两到三个力减小级(force reduction stage)(至少两个级)。已描述的机构采用带有最少数量的部件的一组减小级。因此，已描述的设计导致促动装置1很小， 其由于惯性小提高了动态能力，导致整体操作时间较短。驱动闭锁机构及其不同级的主要能量不是由促动装置1 (电磁脱扣)而是由储存在转换机构自身中的能量提供，该能量提供给闭锁装置，以使得闭锁构件将持续加速。本设计是基于标准件，诸如轴杆和轴的精密平行销，滚柱轴承装置，限定主公差链的重要区段。 这些标准构件提供高的制造质量。由于该设计特征，闭锁装置100以相对低的成本提供了高精密性。该精密性造成在宽温度范围内的高度的功能可靠性和可重复性。对所有主要支持件而言，优选采用滚柱轴承-圆柱滚子轴承或滚针轴承组。但是如果放宽对于分散机械反应时间的要求，那么也可使用摩擦套筒轴承，这可以降低闭锁装置100的材料成本。优选地，滑架脱扣/锁定杆20实现为连接到形成用于杆的旋转接头的平行销上的
金属片ο在锁定状态(=中性或位置)期间，两个接触滚轮32，33通过轴31接触滑架 50(主锁定)。滑架50的形状实现提高的紧凑性(compactness)和改进的负荷分配。滑架 50的各个安装臂56，57接触滑架偏转滚轮60，滑架偏转滚轮60使滑架运动偏转并实现另一个力减小级。由于存在不同力减小级，滑架脱扣/锁定杆20或锁定/触发促动装置1需要以最小能量来操作，这能减少对在其中安装操作机构的系统环境的要求。本设计的另一个特点是用于一旦操作完成后就将机构复位到其初始位置(=中性或阻挡位置)的努力最小。只有滑架50需要优选由弹簧系统拉回一一见滑架复位弹簧 51。基本上都是滚轮的其它所有构件不需要进行复位。由于其轴对称性，它们能迅速准备好下一个操作。这种改进的机械重新初始化允许反应和操作时间的低分散，这有助于提高整个断路系统的可靠性。鉴于闭锁装置100主要采用滚轮来传递大部分负荷，与现有技术的闭锁设计相比，运动部件惯性大大减小。由于滚轮的概念，滑架50形成的唯一连杆可具有非常紧凑的设计，同时也具备低惯性的特点。所以滚轮的动能由摩擦损耗掉，这就意味着没必要采用任何终端止动件，对该设计也不会有相应的冲击。只有紧凑并且重量轻的滑架50的运动需要由实施在壳体板10中的导向槽11中的终端止动部所俘获，这与现有设计相比导致碰撞和冲击很小。所以闭锁装置100最小化的惯性将导致低动能和小碰撞，这有助于减少磨损并增加系统寿命。通过主滚轮30的负荷力F6 (图4)主要传递到带有大型滚针轴承和(主销)轴41 的反转滚轮40上-见图4中的力F40。剩余负荷或F60通过带有滚针轴承接头和轴60的滑架偏转滚轮60传递到滑架50上。滑架50继而由带有次级轴承的滑架偏转滚轮60和由促动装置1促动的滑架脱扣/锁定杆20限制。为了将接触应力最小化，所有滚轮都可配置为凸形。最后已提议的机械闭锁装置的一些优点-标准件允许降低成本但提高了精密度和质量，-可按比例决定的(scalable)设计，-可按比例决定的性能，-最小化的惯性，因而反应/闭锁时间非常短，-模组化方式，单个或冗余促动器，-自供能系统能量由闭锁系统自身传送，只有主锁定是由外来动力源促动和提供动力(通过促动装置1实现)，-减少的部件数量。部件清单1带有电磁驱动轭促动装置2促动线圈3旋转衔铁5主驱动装置(载荷扭力弹簧)6牵引连杆(驱动齿)7枢转中心8接触轮廓9 臂10壳体板11导向槽
12用于主滚轮的定位体积13用于反转滚轮的定位孔20滑架脱扣/锁定杆(促动脱扣杆)21杆复位弹簧30主滚轮(带有滚针轴承)31 轴32接触滚轮33接触滚轮40反转滚轮(带有滚针轴承)41 轴50滑架(比如，Y形)51滑架复位弹簧52导向栓(轴)54圆柱孔55安装臂56安装臂57安装臂58用于滑架脱扣/锁定杆20的槽59滑架主体60滑架偏转滚轮(带有滚针轴承)61 轴100闭锁装置A旋转衔铁3和滑架脱扣/锁定杆20的运动B滑架50的导向栓52在导向槽11内的运动C主滚轮30的运动D牵引连杆6的运动E滑架脱扣/锁定杆20的运动F6牵引连杆6的负荷，力F40在反转滚轮40的方向上的F6的分力F60在滑架偏转滚轮60的方向上的F6的分力
权利要求
1.一种用于主驱动装置( 的机械闭锁装置(100)，带有在壳体(10)内的滚动机械开关，-带有主滚轮(30)，反转滚轮(40)，滑架(50)以及滑架脱扣/锁定杆00)， -在所述主滚轮(30)和所述滑架(50)的第一端部之间形成的第一接头， -其中，在所述滑架(50)的第二端部处的至少一个导向栓(52)接合到导向槽(11)中， -其中，所述主驱动装置( 的牵引连杆(6)施加到所述主滚轮(30)上的负荷(F6)分配为施加到所述反转滚轮GO)上的初级分力(F40)和在所述滑架(50)的第二端部的方向上施加的次级分力(F60)，-其中，由所述滑架脱扣/锁定杆00)在所述导向槽(11)的方向上将脱扣力施加到所述导向栓(52)上。
2.根据权利要求1所述的机械闭锁装置，其特征在于，在所述滑架(50)的第二端部和所述滑架脱扣/锁定杆00)之间形成第二接头。
3.根据权利要求1或2所述的机械闭锁装置，其特征在于，所述滑架(50)的至少一个部件与至少一个滑架偏转滚轮(60)接触。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，所述主滚轮(30)包括两个分开的接触滚轮(32，33)，所述两个接触滚轮(32，3；3)与两个分开的反转滚轮接触。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，在所述壳体(10)中实现所述至少一个导向槽(11)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，固定在所述壳体 (10)上的滑架复位弹簧(51)将所述滑架(50)复位返回中性或阻挡位置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，促动装置(1)的旋转衔铁( 锁定/释放所述滑架脱扣/锁定杆00)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，杆复位弹簧将所述滑架脱扣/锁定杆00)复位返回中性或阻挡位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机械闭锁装置，其特征在于，所述滑架(50)具有带有三个安装臂(55，56，57)的滑架主体(59)。
全文摘要
本发明提议一种用于主驱动装置(5)的机械闭锁装置(100)，带有在壳体(10)内的滚动机械开关，带有主滚轮(30)，反转滚轮(40)，滑架(50)，以及滑架脱扣/锁定杆(20)，带有在主滚轮(30)和滑架(50)第一端之间形成的第一接头，其中，在滑架(50)的第二端部处的至少一个导向栓(52)接合到导向槽(11)中，其中，主驱动装置(5)的牵引连杆(6)施加到主滚轮(30)上的负荷(F6)分配为施加到反转滚轮(40)上的初级分力F(40)和到在滑架(50)的第二端部的方向上施加的次级分力F(60)，其中，由滑架脱扣/锁定杆(20)在导向槽(11)的方向上将脱扣力施加到导向栓(52)上。
文档编号H01H71/50GK102422374SQ201080019977
公开日2012年4月18日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月30日
发明者A·哈克巴特, C·布德, D·施塔法斯, G·梅希勒, R·克拉德尼, S·布雷施, S·泽特比尔 申请人:Abb技术有限公司