热磁电路断路器 本发明涉及一种带有选择性断路显示的热磁电路断路器。
在一预成形或浇铸的壳体内带有热磁断路装置的电路断路器在商业和工业上的应用中是公知的。美国专利US3162739公开了这样的一种装置，其具有一因过载电流引起热断路的双金属带和一因短路电流冲击引起瞬时断路的磁元件。此断路状态由操作手柄的特殊位置所显示，正如美国专利US3158717所指出的。
在美国专利US3883781和US5519561中公开了一种装置，其用于在一热磁电路断路器内提供过载状态的可见显示。在那里所描述的系统采用由双金属带提供的或者机械的或者电的逻辑信息来实现并产生过载状态的显示。如果这样一种装置仅仅装有过载和瞬时反应元件(断路单元)，则提供一种选择性断路显示，当操作手柄表示“断路”状态，并且过负荷显示系统并未致动时，则说明发生了瞬时断路反应。
与此相似，随着电子电路用于电气线路保护装置中的适用的过电流显示装置的意义的增加，出现了可以区别两种断路原因的装置。文件资料美国专利US5484343描述了一种用于电路断路器地电子断路单元，它使用户在发生过电流断路时不仅能够确定过电流状态的原因，而且能够确定过电流断路发生后确定过电流状态的强度和原因。这种断路信息的电子断路显示与在美国专利US4870531中所描述的显示相似，用于这样一种电子断路单元的控制单元与美国专利US4672501中所描述的类似。
在美国专利US3158717中没有指出发生断路状态的原因，究竟是由于过负荷或者是由于瞬时过电流。
而在美国专利US3883781和5519651中，虽然提供了多于两个断路单元，例如涉及过负荷、瞬时断路、接地漏电或一种附加断路(由于附加结构部件或附件的漏电)，但该装置不能提供选择性的断路显示。
而在具有电子断路单元的电路断路器，例如美国专利US4870631中可获得的附加功能对于电子断路单元的部件的附加成本而言并不总是上算。
因此，特别需要设计一种热磁电路断路器，当这种热磁电路断路器断路时，其以一种简单的方式显示断路的原因。
这种热磁电路断路器具有一显示装置，其选择性地报告断路原因。两个彼此独立操作的断路棒既带有断路功能，又带有显示装置。在过负荷的条件下，第一断路棒与过负荷反应件配合，执行并显示过负荷断路。在瞬时过电流状态下，第二断路棒与瞬时反应件配合，形成并显示瞬时断路。在接地漏电的状态下，两个断路棒与接地漏电反应件配合，形成并显示接地漏电断路。在各种断路状态下，操作手柄都达到一断路位置。在一种附加断路(由于附加结构元件而形成的断路)中，两断路棒都不与附加断路件配合，因此，操作手柄为显示断路的唯一的装置。
因此，在一并非昂贵设计的热磁电路断路器中，以简单的方式提供了四个断路件之中的断路原因的选择性显示。通过加装附加断路棒，还可为多于四个断路件提供选择性断路显示。
此外，可以不必为显示断路原因而采用附加电子电路，因此，可以以低成本和简单的方法制造热磁电路断路器。
下面参照附图，以举例的方式详细描述本发明，其中：
图1示出一多触点热磁电路断路器的机构的一局部剖视图，该机构设置在一预成形壳体内，具有由瞬时过电流(断路状态)引起的断路的显示；
图2是类似于图1的一图示，只是所示出的电路断路器处于通电状态；
图3是类似于图2的一处于通电状态的电路断路器的一局部剖视图，然而为了清楚起见，省去了过负荷和过电流反应件；
图4是类似于图3的一图示，只是所示的电路断路器处于由瞬时过电流引起的断路状态；
图5是类似于图2中所示的电路断路器的一局部剖视图，所示出的电路断路器处于通电状态，此外，为了简单起见，省去了瞬时过电流反应件；
图6是类似于图5的一图示，只是所示出的电路断路器处于由过电流引起的断路状态；
图7是一多触点热磁电路断路器的机构的一局部剖视图的一种替换的布置，该机构设置在一预成形壳体内，图中示出一种由过负荷电流引起的断路状态；
图8是一多触点热磁电路断路器的一局部剖视图，该多触点热磁电路断路器设置在一浇铸的壳体内，并带有因接地漏电(故障电流)引起的断路的显示，为了清楚起见，图中省去了相关的机构；和
图9是类似于图8的一图示，只是所示出的电路断路器处于由一种附件引起的断路状态。
选择性断路显示的总体设计
图1中示出一电路断路器10，其设置在一预制的壳体内，其包括一壳体11、一操作机构12、一控制件(操作爪、手把)13、一电流通路14和一断路单元15。电流通路14的一线路连接件16和一负荷连接件17通过固定件(未示出)连接于一保护电路(未示出)。在闭合电路状态下，一可动接触臂20上的一可动触点18位于线路连接件16的一固定触点19上，从而通过线路连接件16、固定触点19、可动触点18、可动臂20、一挠性导线21和负荷连接件17在电流通路14中形成电流。
操作机构12以类似于在美国专利US3158717中所公开的方式工作，且用于打开和关闭可动触点臂20。
操作机构12的闭锁和关闭状态示于图2，其中一在壳体11内的机械支撑件22在棘齿杆24的一端形成一旋转支撑点23。在棘齿杆24的与支撑点23相反的另一端，一棘齿杆表面25连接于一第一棘齿机构27的一棘齿面26，该第一棘齿机构27旋转地装在机械支撑件22上。一第二棘齿机构29旋转地装在机械支撑件22的一旋转轴30上，其包括一棘爪31，该棘爪与第一棘齿机构27上的支撑面32配合动作。断路单元15包括一瞬时反应件40、一热反应件41、一第一断路棒42和一第二断路棒43，棒42和43在壳体11内旋转地固定在一公共转动轴47上。一第一断路杆44和一第二断路杆45通过一杆轴46旋转地设置在机械支撑件22上，在各种情况下，它们都设置在短路棒42和43与第二棘齿机构29之间。下面参照图3、4、5和6描述在断路单元15内的瞬时反应件和热反应件40和41的操作模式。
对于瞬时过电流的反应
在图3和图4中对瞬时反应件40和机构12由于发生瞬时过电流的操作做了图示，为了清楚起见，省去了热反应件41、第二断路棒43和第二断路杆45。电流通路14中一发生瞬时过电流，一磁铁82就以磁力吸引一衔铁80，衔铁82带有一衔铁支撑81，并借助于固定件85和86固定在壳体11内。衔铁80与第一断路棒42的第一端配合动作，使第一断路棒42围绕着断路棒支撑47顺时针旋转，从而使第一断路杆44的一第一钩49脱离第一断路棒42的第一棘齿面。第一断路杆44利用一弹簧(未示出)在顺时针方向上预加载，而第一断路杆44的一第一臂51用力压到第二棘齿机构29的一个断路销52上，使得第二棘齿机构29绕其支撑30进行反时针旋转。第二棘齿机构29的反时针旋转引起第二棘齿机构29的爪31脱离第一棘齿机构27的支撑面32。由于采用弹簧(未示出)操作该机构，预加载力在棘齿杆表面25与棘齿表面26之间起主要作用，它导致第一棘齿机构27绕其支撑面28顺时针旋转，于是，棘齿杆24的表面25脱离第一棘齿机构27的表面26。当棘齿杆表面25已经脱离棘齿面26时，本机构以类似于在美国专利US3158717中描述的方式工作，可动接触臂20打开，被保护的线路断开。
图3示出操作机构12处于“锁定”和“关闭”状态，可动触点18与固定触点19接触，而图4示出操作机构12处于“断路”和“打开”状态，可动触点18与固定触点19电脱离。在图3的锁定状态中，第一断路棒42的一第二端54上的一第一显示件53排列在壳体11内一位置处，在该位置通过壳体11内的一第一孔55看不到它。在图4的断路状态中，第一断路棒42的第二端54上的第一显示件53处于壳体11内的一位置，在该位置，可以通过壳体11的孔55看到第一显示件53，因此，当电路断路器的可动和固定触点18和19由于瞬时反应件40对瞬时过电流的反应而分离时，以这种方式提供一种显示。
在图4和3中可以看出，为使可动和固定触点18和19闭合而对操作机构12和瞬时反应件40进行重新调整(考虑按照上述断路状态的反向顺序)。在电流通路14中消除瞬时过电流状态，使得衔铁80能够在回位弹簧(未示出)的预加载力作用下返回图3所示的静止位置。图4中的手柄13绕由一手柄支撑件57支撑的机械支撑件22的一手柄支撑56顺时针旋转，使得手柄支撑件57上的一操作销58与棘齿杆24的一第一凸轮面59接合，从而使杆24绕其旋转支撑23顺时针旋转。
在棘齿杆24顺时针旋转的过程中，棘齿杆24的一第二凸轮面60与第一棘轮机构27接合，直到棘齿杆24的棘齿面25位于第一棘轮机构27的棘齿面26之下，这样就能实现图3所示的棘齿面26与棘齿杆面25的接合。棘齿面26定位在棘齿杆面25上，使得第二棘齿机构29能够由于一恢复弹簧(未示出)的力的作用而绕其支撑30顺时针旋转，直到一止挡销61与机械支撑件22接合，从而如图3所示，第二棘齿机构29的爪31与第一棘齿机构27的支撑面32接合。与此相似，图4中的手柄13的顺时针旋转使手柄支撑件57的重新调整面62与第一断路杆44的第一重新调整件63接合，使得第一断路杆44绕其杆支撑46反时针旋转，并使得第一断路杆44的第一钩49提升到第一断路棒42的第一棘齿面50的上方。如果第一钩49处于第一棘齿面50的上方，第一断路棒42在弹簧(未示出)的预加载力的作用下绕棒支撑47反时针旋转，从而能够按照图3，使第一断路杆44的第一钩49与第一断路棒42的第一棘齿面50锁定。将手柄13绕手柄支撑56反时针旋转，从而使肘杆连接件64在一弹簧(未示出)力的作用下致动，该弹簧以类似于在美国专利US3518717中所公开的方式使机构致动，这样，就使可动接触臂20闭合，从而使可动触点18移动到固定触点19上，以形成电接触，这样，可动和固定触点18和19彼此接触(连接)，被保护的线路再次闭合。
对于过负荷/过电流的反应
热反应件41与机构12在发生过负荷/过电流时的操作模式可以参见图5和6描述，为了更好地描述，图中省去了瞬时反应件40、第一断路棒42和第一断路杆44。在电流通路14中发生过负荷/过电流后，设置在电流通路14的一转弯(偏心片)65处的热反应件41由其被加热以及形成热反应件41的材料组分的热膨胀系数差使其发生反应，而绕转弯处的固定点顺时针弯曲，从而使一调节螺栓66在第二断路棒43的方向上移动。螺栓66与第二断路棒43的配合动作使第二断路棒43绕棒支撑47顺时针旋转，使得第二断路棒43的一第二棘齿面68将第二断路杆45的一第二钩67带走。借助于一弹簧(未示出)使第二断路杆45预加载，使其顺时针旋转，从而使第二断路杆45的一第二臂69压向第二棘轮机构29的一断路销52，使得第二棘轮机构29绕支撑点30反时针旋转。第二棘轮机构29的反时针旋转带动第二棘轮机构29的爪31脱离第一棘轮机构27的支撑面32，因此，二者不再接合。一使机构致动的弹簧(未示出)在棘齿杆表面25与棘齿面26之间施加一预加载力，导致第一棘齿机构27绕支撑件28顺时针旋转，棘齿杆24的表面25脱离第一棘齿机构27的表面26，因此二者不再接合。当棘齿杆表面25与棘齿面26脱离接合时，操作机构以类似于美国专利US3158717中所描述的方法反应，使可动接触臂20打开，于是，断开被保护的线路。
图5示出操作机构12处于“锁定”和“关闭”状态，其中可动触点18放置在固定触点19上，而图6示出该操作机构12处于“断路”和“打开”状态，其中可动触点18与固定触点19电脱离。在图5所示的锁定状态中，一第二显示件70位于第二断路棒43的一端71上，其位于壳体11内一位置处，在该位置，从壳体11内的一第二孔72中不能看到显示件70。在图6的断路状态中，第二断路棒43的一端71上的一第二显示件70位于壳体11内一位置处，在该位置，从壳体11内的第二孔72中可以看到第二显示件70，这样就提供了一种显示，表明电路断路器的可动和固定触点18和19由于热反应件41根据过负荷/过电流状态的操作而分离。
在图6和5中示出了为了重新闭合可动和固定触点18和19而重新调整操作机构12和反应件41(应考虑断路状态的反向顺序)。在电流通路14中消除了过负荷/过电流状态，这使热反应件41回到图5中所示的其静止位置，这是由于冷却和构成热反应件41的材料组分的内应力释放的结果。图6中的由手柄支撑件57支撑的手柄13绕机械支撑件22的手柄轴56的顺时针旋转使手柄支撑件57的操作销58与棘齿杆24的第一凸轮面59接合，从而使杆24绕其支撑23顺时针旋转。在棘齿杆24顺时针旋转过程中，杆24的凸轮面60逐渐与第一棘轮机构27接合，直到棘齿杆24的表面25处于第一棘齿机构27的表面的下方，从而如图5所示，形成棘齿面26与棘齿杆面25的锁定。
棘齿面26在棘齿杆面25上的定位使第二棘齿机构29在一复位弹簧(未示出)的力的作用下绕其支撑30顺时针旋转，直到止挡销61与机械支撑件22接合，从而使第二棘齿机构29的爪31与第一棘齿机构27的支撑面32接合，如图5所示。
与此相似，图6中所示的手柄13的顺时针旋转形成手柄支撑件57的重新调整面62与第二断路杆45的一第二重新调整件73的接合，从而使第二断路杆54绕其支撑56反时针旋转，并使得第二断路杆45上的第二钩67提升到第二断路棒43的第二棘齿面68的上方。当第二钩67位于第二棘齿面68的上方时，第二断路棒43在一预加载弹簧(未示出)的力的作用下绕断路棒支撑点57反时针旋转，因此，能够实现图5所示的第二断路杆45的第二钩67与第二断路棒43的第二棘齿面68的锁定。将手柄13反时针旋转，使肘杆连接件64在弹簧力的作用下致动，该弹簧(未示出)以类似于美国专利US3158717中所描述的方式使机构致动。从而关闭可动接触臂20，将可动触点18带到与固定触点19接触的位置上，使可动与固定触点18和19接触，并重新连接被保护的线路。
替换的选择性断路显示
图7中示出用于可见显示或者瞬时或者过负荷/过电流状态的一替换装置，其中相似的编号表示图1至6中的相似的部件。图7示出由于过负荷/过电流所引起的一种断路状态。
具有替换的选择性断路显示的过负荷/过电流反应
在图7所示的替换的装置中，发生过负荷/过电流时热反应件41和机构12的操作模式类似于上面结合图5和6所描述的模式，其中电流通路14中的过负荷/过电流引起热反应件41绕转弯65的固定点的顺时针弯曲(偏转)，使调整螺栓66向第二断路棒43移动，从而使第二断路棒43绕断路棒支撑47顺时针旋转，以使第二断路杆45的第二钩67与第二断路棒43的第二棘齿面68脱离接合。当第二钩67不再与第二棘齿面68接合时，一预加载弹簧(未示出)提供使第二断路杆45绕杆支撑46顺时针旋转的力。第二棘齿机构29、第一棘齿机构27、棘齿杆24、肘杆连接件64和可动接触臂20以相应于图3至6所示的方式操作。
在图7所示的过负荷断路状态下，第二断路杆45的第二凸起90上的第二显示件70处于壳体11内的一位置处，在该位置，可以从壳体内的第二孔72中看到第二显示件70，从而提供一种显示，表明由于相应于过负荷/过电流状态的热反应件41的操作模式，电路断路器的可动和固定触点18和19彼此分离。
与按照图1至6的与电路断路器的壳体11上的孔结合并借助于断路棒42和43的显示形成对比，按照图7，通过相应地设计的断路杆44和45来起到显示的作用。
为重新使可动和固定触点18和19闭合而对操作机构12和热反应件41进行的重新调整与参见图6和5所作的描述(在那里应该把断路状态的反向顺序考虑进去)相似。
对于瞬时过电流的具有替换的选择性断路显示的反应
当图7所示的替换的装置内发生瞬时过电流时，瞬时反应件40和机构12的操作模式与上面结合图3和4所描述的相同，图中的电流通路14中形成瞬时过电流，磁铁82的磁力将衔铁80向上吸引，从而第一断路棒42绕断路棒支撑47顺时针旋转，使得第一断路杆44的第一钩49与第一断路棒42的第一棘齿面50脱离接合。当第一钩49脱离第一棘齿面50并且不再接合时，一预加载弹簧(未示出)提供一使第一断路杆44绕杆支撑46顺时针旋转的力。第二棘齿机构29、第一棘齿机构27、棘齿杆24、肘杆连接件64和可动接触臂20的操作以与图3至6相同的方式进行。
在图7所示的过负荷断路状态下，第二断路杆45的第二钩67脱离第二断路棒43的第二棘齿面68，而第一棘齿杆44的第一钩49仍然与第一断路棒42的第一棘齿面50接合。由于第一钩49仍然与第一棘齿面50接合，所以第一断路杆44的一第一凸起91上的一第一显示件53布置在壳体11内的一位置处，在该位置，从壳体11内的孔55中不能看到它，这样就提供一种显示，表明电路断路器的可动和固定触点18和19并没有由于瞬时过电流所造成的瞬时反应件40的反应而分离。如果电路断路器的可动和固定触点18和19已经由于瞬时反应件40在瞬时过电流状态下的反应而分离，则第一断路杆44的第一钩49脱离与第一断路棒42的第一棘齿面50的接合，这样，第一断路杆44的一第一凸起91的第一显示件53处于壳体11内的一位置处，在该位置，可以通过壳体11内的第一孔55从外面看到第一显示件53。
为了形成可动和固定触点18和19的重新闭合而对操作机构12和瞬时反应件40进行的重新调整与结合图4和3所作的描述(在那里应该将断路状态的反向顺序考虑进去)相同。
接地漏电/附加断路装置
由于接地漏电/附加断路装置(ELD)所引起的断路状态的可见显示示于图8，其中接地漏电/附加断路装置100设置在壳体11内，与机构12的装置相邻，或者设置在壳体11的外面，其包括一线圈装置101、一断路弹簧102、一断路臂103、一螺线管插棒装置115和一重调杆105。在重新调整状态下，螺线管插棒装置115的重调板106放置在线圈装置101内的一永久磁铁107上，永久磁铁107在重调板106上施加一个足够的保持力，以便对相对的断路弹簧102的预加载力形成一平衡重。线圈导线108与线圈装置101内的一线圈109电连接，它施加一断路信号，并使线圈109能够形成一磁场，所述磁场与永久磁铁107的磁场相对，使得重调板106与永久磁铁107之间的吸引力为零。由于重调板106与永久磁铁107之间失去了吸引力，压着断路臂103的断路弹簧102的预加载力使重调板106迅速离开永久磁铁107，断路臂103为螺线管插棒装置115的一个整体部件。重调板106、螺线管插棒104、断路臂103和一端帽114均为螺线管插棒装置115的部件，并以整体方式移动。断路臂103离开永久磁铁107在第一和第二断路棒42和43的方向上的迅速运动导致断路臂113的凸起端110同时击打第一断路棒42的第二端54和第二断路棒43的第二端71，以驱动第一和第二断路棒42和43绕断路棒支撑47顺时针旋转，而第一和第二钩49和67(为了清楚起见，在图8中未示出)从第一和第二棘齿面50和68上解锁，因此，机构12(为了清楚起见，在图8中未示出)被致动，并且可动接触臂20按照结合图3至6所描述的方式移动。第一和第二断路棒42和43的组合运动导致第一和第二断路棒42和43上的第一和第二显示件53和70及其装置位于壳体11内的一位置处，在该位置，可以从壳体11内的第一和第二孔55和72中看到显示件53和70，这样就提供了一种显示，表明由于接地漏电/附加断路装置100相应于一种接地漏电状态的反应，使得电路断路器的可动和固定触点18和19脱离。与此相似，断路臂103在一断路位置上离开永久磁铁107的迅速运动导致端帽114在同一方向上的迅速运动，因为后者同样是螺线管插棒装置115的一整体部件。在断路位置，端帽114与重调杆105的一端处的一操作杆113配合动作，以形成绕一重调杆支撑112的顺时针旋转，使重调杆105的另一端处的一重调件111进入断路位置。
为了重调机构12(图1，邻接装置)和接地漏电/附加断路装置(ELD)100，以重新使可动和固定触点18和19闭合，必须消除线圈导线108中的断路信号，以便使线圈109去磁(断电)。在消除断路信号后，手柄13(图1，邻接装置)绕由手柄支撑件57支撑的手柄支撑56(图1)的旋转使手柄支撑件57的控制面(未示出)与穿过壳体11的隔段(未示出)进入机械装置内的重调件111配合动作，并形成重调杆105绕重调杆支撑112的反时针旋转。重调杆105的控制杆113与螺线管插棒装置115的端帽114配合动作，在永久磁铁107的方向上驱动螺线管插棒装置115和重调板106抵抗弹簧102所施加的预加载力。当重调板106到达永久磁铁107并击打到永久磁铁107时，永久磁铁107的保持力大到足以形成一个与断路弹簧102的预加载力平衡的力，因此，将螺线管插棒装置115保持在锁定位置，并且接着可以按照图3至6所作的描述重新锁定机构12(图1，机械装置)并重新关闭可动接触臂20。
附加断路装置
图9示出由于一附加断路装置(附件)，例如一低电压断路装置或一工作电流断路装置的操作所导致的断路状态的可见显示，其中附件120设置在壳体11内与机构12相邻的位置，或者设置在壳体11之外，它包括一信号装置、一线圈装置122和一断路螺线管插棒124，信号装置穿过接收断路信号的线圈导线121，线圈装置122位于一线圈壳体123内，断路螺线管插棒用于与机构12(图1)配合动作，以便响应于一附加断路信号的发生打开可动和固定触点18和19。在没有向线圈导线121发出断路信号的重调状态下，在线圈装置122的一复位弹簧125的预加载力的作用下，断路螺线管插棒124被压到螺线管壳体123的一内表面125上，这样，就在断路螺线管插棒124的控制板127与断路销52之间形成一分离槽。线圈导线121在各种情况下与线圈装置122中的线圈128电连接，向线圈导线121发出的一断路信号使线圈128能够形成一磁场，用于对一螺线管插棒件129施加一磁吸引力，以便在一复位弹簧126的预加载力的方向上向下吸引螺线管插棒124的螺线管插棒件129的一螺线管插棒端130和控制板127，从而使控制板127击打断路销52，断路销52在与机械装置相邻的附加装置的方向上穿过壳体11的一分隔段(未示出)，这样，就使第二棘齿机构29绕支撑30逆时针旋转。伴随着第二棘齿机构29的旋转的是第一棘齿机构27、棘齿杆24、肘杆连接件64和可动触点臂20以相应于图3至6所示的方式的操作。由于作为附件120的操作结果的断路状态并不影响第一断路棒42、第二断路棒43、第一断路杆44或第二断路杆45，所以第一和第二显示件53和70的位置仍然隐蔽在壳体11内，不能从壳体11内的第一和第二孔55和72中看到，因此，只能看到手柄13的断路位置，表明存在着一附加断路状态。
为了重新调整机构12(图1，邻接机械装置)和附件120，以形成可动和固定触点18和19的重新关闭，首先必须消除向线圈导线121发出的使线圈128断电的断路信号。断路信号的消除同样消除了借助于线圈128产生的磁场，这样，就将由磁场产生的作为复位弹簧126的力的平衡力的断路力变为零，从而使弹簧126与螺线管插棒端130配合动作，提升螺线管插棒件129、断路螺线管插棒124和控制板127，直到螺线管插棒端130停止在线圈壳体123的内表面125处，并且控制板127脱离断路销52，以在控制板127与断路销52之间形成一分离槽。当在控制板127与断路销52之间形成一分离槽时，可以使由手柄支撑件57支撑的手柄13绕手柄支撑56(图1，邻接机械装置)顺时针旋转，以形成机构12的重新锁定和可动接触臂20的重新关闭，正如上面参见图3至6所描述的。
因此，在一预制的壳体内的热磁电路断路器包括一用于选择性地显示断路原因的一显示装置。可彼此独立地操作的断路棒不仅提供了一种断路功能，而且还提供了一种显示功能。也可以由附加的断路杆形成一种显示。可独立操作的断路棒与操作手柄的结合提供了一种用于显示过负荷、瞬时、接地漏电或附加断路状态的显示装置。
在不背离本发明的权利要求书的范围的前提下，熟悉本领域的人员可以对所公开的发明的结构或步骤或功能进行各种改进。