带有集成弹簧的包覆模制的脱扣轴装置、脱扣组件以及组装的方法与流程

当前发明一般地涉及用于中断来自电源的电流的断路器，并且更特别地涉及用于断路器的脱扣轴组件。

背景技术：

电子式断路器用在某些电气系统中，用于保护联接至电源的支路电路。一些这样的断路器，诸如用于高压脱扣应用（例如，100V至600V），可以包括装配在刚性框架中的脱扣轴。该脱扣轴包括构造成与断路器的各种脱扣部件（诸如，磁闩锁（maglatch）致动器、联锁装置等）对接的多个杆臂。这样的脱扣轴的组件已经相当复杂并且费时间。这样的脱扣轴典型地受弹簧偏压，使得当其致动时，它们可以在由返回弹簧提供的恢复力下返回至共同的旋转定向。将返回弹簧组装至脱扣轴能够是相当困难的。因此，对于脱扣轴以及更容易地组装并且对该脱扣轴提供足够弹簧偏压的脱扣组件存在需求。

技术实现要素：

在第一方面中，提供脱扣轴装置。脱扣轴装置包括刚性轴部分；模制至该刚性轴部分上的第一包覆模制轴部分，该第一包覆模制轴部分至少包括第一模制杆；与该第一杆隔开的第二杆；以及位于第一模制杆和第二杆之间的扭力弹簧。

根据另一方面，提供断路器脱扣组件。断路器脱扣组件包括框架，该框架包括第一侧框架和第二侧框架，每一个包括轴颈（journal）；包括轴的脱扣轴装置，该轴包括刚性轴部分部分，该刚性轴部分包括构造成装配至该第一侧框架和第二侧框架的轴颈的轴承部分，模制至该刚性轴部分上的至少第一包覆模制轴部分，该第一包覆模制轴部分包括第一模制杆，以及与该第一杆隔开的第二杆，以及在第一模制杆和第二杆之间装配至该轴的扭力弹簧。

根据另一个方面，提供断路器脱扣组件的组装方法。该方法包括提供包括刚性轴部分和轴承部分的脱扣轴装置，其中，轴承部分包括较大的尺寸区域和较小的尺寸区域，模制至该刚性轴部分上的第一包覆模制轴部分，该第一包覆模制轴部分至少包括第一模制杆，与第一模制杆隔开的第二杆，以及位于第一模制杆和第二杆之间的扭力弹簧；提供包括第一和第二侧框架的框架，该第一和第二侧框架包括第一和第二轴颈，该第一和第二轴颈带有进入该第一和第二轴颈中的入口槽，以及通过第一和第二侧框架中的入口槽插入脱扣轴装置的轴承部分的较小的尺寸区域。

通过图示包括预期用于实施当前发明的最佳模式的多个示例实施例和实施方式，当前发明的另外其他方面、特征和优点从下列详细描述中可以是显而易见的。当前发明还可以能够是其他且不同的实施例，并且可以在不同方面中修改其细节，而全部不脱离当前发明的范围。本发明旨在覆盖落入所附权利要求的范围内的全部修改、等同物和替代方案。

附图说明

以下描述的附图仅为了说明性的目的并且不必按比例绘制。附图不意在以任何方式限制本发明的范围。尽可能地，相同或相似的附图标记将贯穿整个附图使用以表示相同或相似的零件。

图1A图示根据一个或多个实施例的断路器的脱扣轴装置的轴测图；

图1B图示根据一个或多个实施例的断路器的脱扣轴装置的刚性轴部分的轴测图；

图1C图示根据一个或多个实施例的沿截面线1C-1C截取的刚性轴部分的横截面端视图；

图1D图示根据一个或多个实施例的包括用于提供整体式扭力弹簧的空腔的模具的局部横截面侧视图；

图2图示根据一个或多个实施例的脱扣轴装置的扭力弹簧的轴测图；

图3图示根据一个或多个示例的包括安装在框架中的脱扣轴装置的断路器脱扣组件的轴测图；

图4A和4B图示根据一个或多个实施例的在组装至断路器脱扣组件的框架的各种阶段中的脱扣轴装置的局部横截面侧视图；

图5是图示根据实施例的断路器脱扣组件的组装方法的流程图。

具体实施方式

因为这样的脱扣轴具有沿着它们长度定位的相对大的杆，并且因为在该杆上安装弹簧是困难和/或复杂的，所以弹簧的位置可以一般地转移至轴或复杂设计的端部处，因为该弹簧不能被容纳在杆上。另外，因为脱扣轴的一些新的形式可以包括定位在脱扣组件的每个侧面框架外部的杆，所以提供弹簧偏压脱扣轴可能是更复杂的。

考虑到上述困难，并且，特别地，将脱扣轴组装至断路器框架的困难，以及提供其弹簧偏压的困难，提供用于断路器脱扣组件的新型的脱扣轴装置。该新型的脱扣轴装置包括集成的扭力弹簧。该扭力弹簧可以设置在脱扣轴装置的一个或多个杆的内侧。当在本文中使用时，内侧意味着弹簧在脱扣轴的至少两个杆之间设置在该轴上。

根据一个或多个实施例的脱扣轴装置包括包覆模制的轴，该包覆模制的轴包括设置在至少两个杆的内侧（即，在两个杆之间）的整体式扭力弹簧。特别地，该脱扣轴包括用可模制材料（例如，聚合物）在一端或两端处包覆模制的刚性轴部分（例如，刚性中心部分），并且在模制之前将扭力弹簧安装在该刚性轴部分上。各种杆以及可能的其他轴部分可以模制在扭力弹簧的任一侧上。因此，包覆模制的脱扣轴装置包括设置在杆的内侧的集成扭力弹簧。脱扣轴装置1）能够实现扭力弹簧被更中心地定位，以及2）允许扭力弹簧被定位成使得其能够直接地与断路器框架的侧框架接合，并且2）提供容易的组装。

改进的脱扣轴装置包括刚性轴部分和包覆模制至该刚性轴部分上的第一聚合物轴部分，其中，第一聚合物轴部分可以包括一个或多于一个的模制杆。第二杆可以设置成与第一模制杆隔开。第二聚合物轴部分也可以包括一个或多于一个的模制杆。在一些实施例中，第二杆可以作为第二聚合物轴部分的一部分模制。脱扣轴装置包括在至少两个杆之间（诸如在第一模制杆和第二杆之间）容纳在轴上的整体式扭力弹簧。

如通过下文将变得明显的，在用聚合物（例如，玻璃填充塑料）包覆模制刚性轴部分的工艺期间，扭力弹簧可以存在于密封的模具腔中。当包覆模制工艺完成时，扭力弹簧被集成在轴上，并且在杆之间位于脱扣轴上。

在另一方面中，提供断路器脱扣组件。断路器脱扣组件包括框架，该框架包括第一侧框架和第二侧框架，每一个包括轴颈，以及在轴颈处装配至该框架的脱扣轴装置。脱扣轴装置包括刚性轴部分，该刚性轴部分包括构造成装配至第一侧框架和第二侧框架的轴颈的轴承部分，模制至该刚性轴部分上的至少第一包覆模制部分，该第一包覆模制部分包括至少一个模制杆。另一个杆可以设置在该脱扣轴装置上，并且也可以被模制，并且扭力弹簧在杆之间被装配至脱扣轴。

在另一个宽的方面中，提供将脱扣轴装置组装至断路器的框架的方法。在一个方面中，该方法涉及提供带有扭力弹簧的脱扣轴，该扭力弹簧被包括在该脱扣轴的杆之间，以及将脱扣轴安装至断路器侧框架。这可以在没有机械卷曲（crimping）、将轴保持在侧框架中的辅助机构、或任何特殊工具的情况下实现。

有利地，当前发明解决现有技术的一些问题，即，将脱扣轴组装至断路器的侧框架的轴颈的困难，以及包括弹簧偏压脱扣轴的困难，特别地当脱扣轴包括位于侧框架的轴颈位置的外侧的杆时。

下面参考图1A-5描述当前发明的脱扣轴装置、断路器脱扣组件以及将脱扣轴组装至断路器的框架的方法的这些和其他实施例。

现在特别详细地参考图1A，其显示断路器的脱扣轴装置100。例如，该断路器可以是热磁式断路器。例如，该热磁式断路器可以具有在大约100Amps(安)至大约2,000Amp之间的额定值。如通过下文将明显的是，脱扣轴装置100特征为允许脱扣轴装置100快速地并且高效地安装的结构，并且其中，该脱扣轴的弹簧偏压设置在脱扣轴装置100的期望位置处。

脱扣轴装置100包括具有第一端部104和第二端部106的刚性轴部分102（见图1B）。刚性轴部分102可以包括中心部分108，该中心部分108包括构造成与断路器的脱扣机构（未显示）的闩锁接合的接触表面110。在一些实施例中，接触表面110可以是平面表面。刚性轴部分102可以进一步包括第一对接部分112，并且还可以包括在中心部分108的另一侧上的第二对接部分114。如下面所描述的，第一对接部分112和第二对接部分114可以用模制材料（例如，聚合物）来包覆模制并对接。在一些实施例中，刚性轴部分102可以包括第三对接部分115，其可以用模制材料（例如，聚合物）来部分地包覆模制并对接。第一对接部分112、第二对接部分114以及第三对接部分115可以是圆柱形并且可以每一个包括有纹外表面以增强与其的结合。

刚性轴部分102可以包括第一轴承部分116A和与第一轴承部分116A间隔分开的第二轴承部分116B。第一和第二轴承部分116A、116B可以构造成与断路器脱扣组件301的框架350（图3）（在本文中后面将描述）对准。刚性轴部分102可以是刚性材料，诸如金属（例如，钢）等。然而，取决于断路器的大小和所涉及的力，可以使用其他适合的刚性材料。

轴承部分116A、116B可以每一个包括如在图1C中所示的横截面形状，其中，平面118可以形成在两侧上以形成较小的尺寸区域，用于与形成在框架350中的入口槽456的组装间隙，如通过在本文中关于图4A和图4B的讨论将是明显的。例如，轴承部分116A、116B可以包括在大约4mm和5mm之间的直径d。例如，较小的尺寸可以包括跨过平面118所测量的厚度t，其可以在大约3.2mm和3.6mm之间。平面118可以是近似相等的大小。如在本文中将进一步解释的，位于平面118之间的轴承部分120为脱扣轴装置100提供轴承表面以在侧框架352、354的轴颈455内旋转。

再次参考图1A，例如，脱扣轴装置100进一步包括在第一端部104处模制至刚性轴部分102的第一对接部分112上的第一包覆模制轴部分122。第一包覆模制轴部分122可以包括第一模制杆124，其可以是模制件（molded）。当在本文中使用时，术语“模制件”意味着在具有模具空腔的多零件模具中通过凝固模制材料（例如，聚合物，诸如可模制的热固或热塑材料）来提供该部件的形状。

脱扣轴装置100包括沿着其长度与第一模制杆124隔开的第二杆126，以及位于第一模制杆124和第二杆126之间的扭力弹簧128。

在一些实施例中，第二杆126也可以被模制，并且可以是第二包覆模制轴部分130的部分。在其他实施例中，第二杆可以是铸件或机加工的金属。在使用第二包覆模制轴部分130的情况中，第二包覆模制轴部分130可以模制在与第一端部104相对的刚性轴部分102的第二端部106上的第二对接部分114上。第一包覆模制轴部分122和第二包覆模制轴部分130可以由可模制材料（诸如，聚合物）形成。更具体地，可以使用聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）聚合物。例如，该聚合物可以填充有处于大约25%-30%装载体积的纤维玻璃纤维（fiberglass fibers）。可以使用其他适合的聚合物。第一包覆模制轴部分122和第二包覆模制轴部分130可以在共同的模具中以及在共同的模制操作期间形成。任选地，多于一个的模制操作可以用于模制第一包覆模制轴部分122和第二包覆模制轴部分130。在一些实施例中，可以模制一个或多个额外的杆。例如，可以在第一端部104或第二端部106上包覆模制第三杆132。

例如，如在图1D中所示，显示模具123的一部分。模具123可以是注塑模具并且可以包括能够与彼此分离的至少第一和第二模具部分123A、123B。刚性轴部分102与扭力弹簧128一起插入在模具123中。扭力弹簧128容纳在弹簧容纳空腔125中，并且可以定位在第一轴承部分116A处。模具123关闭，并且模制材料可以在热量和压力下通过浇口123GA注入第一模具空腔127A中以形成模制至第一对接部分112上的第一包覆模制轴部分122（图1A）。在模制工艺期间，第一模制杆124也形成在第一模具空腔127A的空腔部分127L中。模制材料还可以通过浇口123GB注入第二模具空腔127B中，以形成在第三对接部分115上的第三杆132。在模制工艺期间，模具123的部分在弹簧容纳空腔125的任一侧上密封抵靠刚性轴部分102以防止模制材料进入至弹簧容纳空腔125中。

如所描绘的，第三杆132可以被模制至在第一轴承部分116A的内侧上的第一端部104上的第三对接部分115上，然而，第一模制杆124可以模制在第一轴承部分116A的外侧上。额外的杆可以被模制作为第一包覆模制轴部分122和/或第二包覆模制轴部分130的部分，或其他地方。例如，第四杆134和第五杆136可以用于与例如升压器或辅助闩锁对接。

更详细地，如在图2中最佳显示的，扭力弹簧128包括缠绕中心部分238，其可以构造作为闭合的圆以容纳在存放（registry）部分（例如，外径）上，该存放部分可以是刚性轴部分102的第三对接部分115的部分。例如，与存放部分对接的扭力弹簧128的缠绕中心部分238的内径可以是大约8mm。例如，第三对接部分115的存放部分的外径可以是大约6mm。扭力弹簧128的缠绕中心部分238可以包括2圈或更多圈（例如，大约2圈零1/2圈）的0.8mm至1mm直径的钢弹簧丝。可以使用其他材料、大小和圈数量。如在图1A中描绘的，扭力弹簧128可以优选地定位在第一轴承部分116A的内侧，或任选地定位在第二轴承部分116B的内侧，使得扭力弹簧128可以与第一侧框架352或第二侧框架354对接。

扭力弹簧128可以包括构造成存放（register）在杆上的第一弹簧臂242。例如，可以相对地较短的第一弹簧臂242可以构造成存放在位于第一模制杆124和第二杆126之间的第三杆132上，在一些实施例中，第三杆132也可以被模制。例如，第一弹簧臂242可以包括长度L1，该长度L1是从扭力弹簧128的缠绕中心部分238的物理中心（例如，中心轴线225）测量至与大约11mm的杆（例如，第三杆132）的存放位置。例如，第一弹簧臂242可以存放在形成在第三杆132中的凹槽133中。

扭力弹簧128还可以包括第二弹簧臂244，其可以比第一弹簧臂242相对地更长，并且其可以构造成存放在框件350上，诸如第一侧框架352（图3），或任选地存放在第二侧框架354上。例如，第二弹簧臂244可以包括长度L2，该长度L2是从扭力弹簧128的缠绕中心部分238的物理中心（例如，中心轴线225）测量至与大约21mm的杆（例如，第三杆132）的存放处。第三杆132可以模制至第三对接部分115，并且第一弹簧臂242可以具有弯曲端部242H，该弯曲端部242H可以具有钩形式，其可以构造成存放在形成在第三杆132中的凹槽133中。第二弹簧臂244也可以构造成具有弯曲端部244H，该弯曲端部244H可以具有钩形式，并且其可以存放在形成在第一侧框架352（或任选地，第二侧框架354）中的凹穴348（图4A-4B）中。

如在图3中所示，脱扣轴装置100构造成装配至脱钩组件301的框架350。在一些实施例中，框架350可以由一些框架部分形成。例如，根据一些实施例，框件350可以包括可以由冲压钢制成的左侧框架352和右侧框架354。在所描绘的实施例中，通过在装配结构355中插入适合的紧固件，可以将第一和第二侧框架352、354装配至断路器（例如，电子式脱扣和热磁式脱扣断路器）的较大的壳体组件（例如，热固性塑料壳体（未显示））。该紧固件可以包括螺丝、螺栓、铆钉等。

如在图3中进一步图示的，脱扣轴装置100包括在第一侧框架352和第二侧框架354之间延伸的中心部分108。脱扣轴装置100可以装配成用于在第一和第二端部104、106（图1B）二者处在框架350中旋转。如在图4B中最佳显示的，在所描绘的实施例中，脱扣轴装置100的轴承部分116A、116B装配在轴颈455中。第一和第二侧框架352、354的轴颈455可以相同地形成。

图4A和4B图示脱扣轴装置100至框架350的组装。第一和第二侧框架352、354的每一个包括轴颈455，轴颈455可以构造成容纳轴承部分116A、116B。特别地，如在图4B中所示的组装，刚性轴部分102的轴承部分116A、116B可以构造成放置在第一侧框架352和第二侧框架354（在图4B中未显示）的第一和第二轴颈455中。如在图1C中所示，轴承部分116A、116B可以包括适于接触轴颈455的较大的尺寸区域（例如，轴承区域120），以及可以构造成通过第一侧框架352和第二侧框架354的入口槽456的较小的尺寸区域（例如，跨过平面118）。一旦通过从在图4B中所示的构造逆时针旋转脱扣轴装置100而旋入操作构造，扭力弹簧128就可以变成预加应力的，使得第一弹簧臂242和第二弹簧臂244的弯曲端部242H、244H分别搁在在凹槽133和凹穴348中，并且可以相对于框架350提供大约65N-mm的弹簧偏压扭矩至脱扣轴装置100。因此，在轴承部分116A、116B上的平面118的组合以及在模制期间的扭力弹簧128的集成允许易于组装并且提供弹簧偏压至脱扣轴装置100。

图5是图示根据当前发明的一个或多个实施例的断路器脱扣组件（例如，脱扣组件301）的组装方法的流程图。方法500包括，在502中，提供脱扣轴装置（例如，脱扣轴装置100），该脱扣轴装置包括带有轴承部分（例如，轴承部分116A、116B）的刚性轴部分（例如，刚性轴部分102），其中，该轴承部分包括较大的尺寸区域（例如，跨过轴承区域120的较大的尺寸区域）和较小的尺寸区域（例如，跨过平面118的较小的尺寸区域），模制至刚性轴部分上的第一包覆模制轴部分（例如，第一包覆模制轴部分122），该第一包覆模制轴部分至少包括第一模制杆（例如，第一模制杆124），与该第一模制杆隔开的第二杆（例如，第二杆126），以及位于第一模制杆和第二杆之间的扭力弹簧（例如，扭力弹簧128）。

另外，方法500包括，在504中，提供框架（例如，框架350），该框架包括第一和第二侧框架（例如，第一侧框架352和第二侧框架354），其包括第一和第二轴颈（例如，轴颈455），该第一和第二轴颈带有进入该第一和第二轴颈中的入口槽（例如，入口槽456）。

为了组装，方法500包括，在506中，通过在第一和第二侧框架（例如，第一侧框架352和第二侧框架354）中的入口槽（例如，入口槽456）插入脱扣轴装置的轴承部分的较小的尺寸区域（例如，跨过平面118的较小的尺寸区域）。

方法500可以进一步包括旋转脱扣轴装置（例如，脱扣轴装置100）以将扭力弹簧（例如，扭力弹簧128）的弹簧臂（例如，第一弹簧臂242和第二弹簧臂244）存放在第一模制杆（例如，第一模制杆124）上以及存放在第一和第二侧框架（例如，第一侧框架352和第二侧框架354）之一上以给扭力弹簧128预加应力。

虽然本发明易于进行各种修改和可替代的形式，但是在本文中已经通过附图中的示例显示了并且详细地描述了具体的实施例以及其方法。然而，应该理解的是，其不意在将本发明限于特定的装置、组件或所公开的方法，而是，相反地，本发明将覆盖落在所附权利要求的范围内的全部修改、等同物和替代方案。