步进开关机构的制作方法.docx

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专利名称:步进开关机构的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种置于带有一壳体的一电磁步进继电器中的步进开关机构,其包括一个具有一线圈和一枢轴衔铁的磁系统、一个优选直接与该枢轴衔铁共同起作用的开关推杆以及一个与开关推杆共同起作用且可锁定在多个确定开关位置的棘轮。
背景技术:
例如德国书DE3519546C2公开了这样一种步进开关机构。
步进开关机构通常被用在电流脉冲开关中,其中,一个操作多个接触件的棘轮可锁定在一些确定的开关位置上,且仅可沿一个方向转动。为完成所要求的开关功能,因而该步进开关机构具有多个可移动的、尤其是弹性的功能件。因此,该步进开关机构的结构比较复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种构造特别简单、尤其带有较少部件、且在结构上特别便于安装的用于电磁步进继电器中的步进开关机构按照本发明,上述技术问题是通过下述结构的步进开关机构来解决的该步进开关机构设置在一个带有一壳体的步进继电器中,且包括一个具有一线圈和一枢轴衔铁的磁系统、一个与该枢轴衔铁共同起作用的开关推杆以及一个与开关推杆共同起作用且可锁定在多个确定开关位置的棘轮,该步进开关机构还具有一个设计成包括三个弹性段的板簧或杆簧的弹性件,该三个弹性段分别是一个与所述开关推杆共同起作用的第一弹性段、一个与第一弹性段相连接的固定在所述壳体中的中间段和一个与中间段相连接且与所述棘轮共同起作用的第三弹性段。
这个步进开关机构设置在一个步进继电器的壳体中,且具有一个包含有一线圈和一枢轴衔铁的磁系统。由该枢轴衔铁可操作一开关推杆,该开关推杆再与一个可在多个确定开关位置进行调节的棘轮共同起作用。一个设计成板簧或杆簧(即类似于一板簧,但带有圆形截面)的弹性件与该开关推杆及该棘轮共同起作用。该弹性件具有三个优选在未加载状态各自至少大体是平直的弹性段。然而在此需强调的是这些弹性段例如也可是弯曲的,且相互过渡连接,使得该板簧总体上具有一个弯曲的变化走向。在所有情况下,第一弹性段或该弹性件的第一段向该开关推杆施加一个不仅使所述开关推杆压靠在棘轮上、而且沿着从线圈上抬起的方向对所述枢轴衔铁加载的作用力。该中间弹性段或者该弹性件的中间段支承在该步进继电器的壳体中。一个与棘轮共同作用的第三弹性段或该弹性件的第三段连接到上述中间段上。此第三弹性段优选完成多个功能一方面与棘轮相啮合,尤其是与该棘轮的齿圈相啮合,从而使其保持在确定的位置,尤其是阻止其逆预定旋转方向而反向转动。另一方面,只要该棘轮转动到仅仅与一确定开关位置偏离很小的情况,即还未到达下一个确定开关位置,该弹性件就向棘轮施加了一个复位力。就此而言,该弹性件阻止反转的功能在相邻开关位置之间的小角度区域内被取消了,以避免棘轮处于不确定的中间位置上。
与所述棘轮、尤其是与棘轮的齿圈共同起作用的第三弹性段的操作行程在典型的情况下小于可用来将枢轴衔铁从磁系统的线圈上抬起的第一弹性段的操作行程。根据对弹簧行程的不同要求,第一弹性段优选比第三弹性段长。在此第一弹性段优选啮合在一个成形在开关推杆上的背对线圈的操作臂上。通过该弹性件的第一段和一个与推杆主延伸方向至少大体成直角的操作杆相配合,不仅使推杆有足够的行程,而且向其施加了一个将其沿径向压向棘轮的作用力。所述开关推杆优选与该棘轮的齿圈共同起作用;该齿圈还与第三弹性段共同起作用,因而确保上述阻止反转的功能和复位功能。如果该弹性件的第一段与其第三段的夹角为从至少30°到最大150°,尤其是从至少60°到最大120°,则无论对所述各操作行程还是对所述各操作力都形成了一有利的比例状况。
按照一种优选的结构,通过在开关推杆上、尤其在开关推杆的操作臂上设置多个用来夹紧
该弹性段的耦合部位,可以对该弹性件的第一段施加在开关推杆上的作用力进行调节。该弹性件优选由金属制成。在一种为带有一扁平矩形截面的板簧情况,,,。在一种由塑料制成的弹性段情况,由于热环境和持续机械负载,应当注意对所述塑性流变特性和塑性沉积特性提高要求。
按照一种特别优选的改进结构,设置了一个所谓的过扭保护器,优选为该开关推杆上的一个与所述棘轮直接共同起作用的保险臂形式,以阻止棘轮在开关过程中被开关推杆转动过度。
按照一种优选的改进结构,该弹性件具有一个属于所述弹性段的弹性段分段,该分段和其他与之相邻的弹性段分段具有不同的结构。该结构优选设计成缺口或缩颈,用于针对性地影响弹簧特性曲线。通过在不同的弹性件上开有不同的缩颈段可以方便地根据要求(尤其是所希望的触发特性)来选择步进开关机构的弹簧特性曲线。由于设计成不同变化形式的弹性段首先用于精确调节弹性件和开关推杆之间的作用力,而影响弹性件与棘轮之间的作用力至多具有下一个层次的意义,因而这种改进的弹性段优选位于该弹性件上夹紧在壳体中的那一段与第一弹性段和开关推杆之间的耦合部位之间。
本发明的优点尤其在于一个电磁步进继电器中的、设计成多功能件的弹性件既直接向开关推杆和棘轮施加作用力,又向枢轴衔铁间接施加一个作用力,从而使棘轮保持在确定的开关位置,并确保了阻止反转功能。
下面结合附图对本发明的多个实施方式作详细说明图1和图2分别示出了一个位于第一开关位置时的步进开关机构从不同方向看到的***图;图3示出了位于第二开关位置时的步进开关机构;图4a、图4b示出了处于图3所示开关位置上的步进开关机构的不同方向的视图;图5示出了位于第三开关位置时的步进开关机构的***图;图6a、图6b示出了图5所示开关位置时的步进开关机构的不同方向的视图;图7示出了位于第四开关位置时的步进开关机构的***图;图8a、图8b示出了图7所示开关位置时的步进开关机构的不同方向的视图;图9示出了位于第五开关位置时的步进开关机构的***图;
图10和图11分别示出了一个带有处于不同开关状态的步进开关机构的电磁步进继电器的视图;图12和图13分别示出了如图10和图11所示步进继电器的***图;图14为带有步进开关机构的电磁配电继电器的另一种实施方式的***图;图15a和图15b示出了步进开关机构的弹性件的***图或侧视图;图16a和图16b分别示出了带有步进开关机构的另一种电磁步进继电器处于不同开关状态时的视图;图17
示出了位于图16b所示开关位置时的步进继电器的***图;图18a和图18b示出了如图16a和图16b所示的步进继电器的开关推杆;图19a至图19c示出了如图16a和图16b所示的步进继电器的弹性件的不同视图;图20a至图20c示出了用于如图16a和图16b所示的步进继电器的弹性件的另一种实施方式。
在所有的附图中彼此相应的部件采用了相同的附图标记。
具体实施方式
图1和图2示出了一个在此未进一步示出的用于远程控制电流回路的步进继电器中的步进开关机构1。该步进开关机构1具有一个L形磁轭2,该磁轭2带有第一短臂3和第二长臂4。在此第一短臂3上平行于第二长臂4设置了一个被一线圈6环绕的铁心5。在第二长臂4的端侧,一个枢轴衔铁7以可运动的方式与其相连接。在该枢轴衔铁7远离第二长臂4的一端上,一个开关推杆8与其相连接,其中该推杆8相对于此枢轴衔铁7至少可作微小的摆动。该开关推杆8基本上平行于铁心5和线圈6以及第二长臂4走向。该开关推杆8直接与一棘轮10上的齿圈9共同起作用。此处的齿圈9齿数为8个,对应于该棘轮10的八个确定的、各自相隔45°转角的开关位置。在图1中,棘轮19可沿着旋转方向D向右转动。该棘轮10在与其齿圈9相邻近处具有一个轮廓盘11,一弹簧片12贴靠在该轮廓盘11上用于操纵一触桥13。此外,一个开关位置指针
15与图2中示出的该轮廓盘11上的滑槽14相连接。
一个弹性件16被夹紧在图1和图2中未示出的、放置该步进开关机构1的壳体中,其中,为固定在此壳体中在弹性件16中开有一个凹口17。在图15a和图15b中用实线表示的弹性件16设计成一种板簧,具有第一弹性段18、第二中间弹性段19和第三弹性段20。中间弹性段19相对于磁轭2来说是固定的,而第一弹性段18与开关推杆8以及第三弹性段20与棘轮10分别直接相互作用。于是,第一弹性段18铰接在一个作为开关推杆8的部件、基本上与操作杆主延伸方向成垂直走向的操作臂21上。该第一弹性臂18选择性地夹紧在三个销栓22中的两个之间,构成一个耦合部位。通过选择此耦合部位,可以调节弹性件16对开关推杆8的作用力。
通过将弹性件16偏心地铰接在开关推杆8上,在所有情况下都对该开关推杆施加一个转矩,从而将该开关推杆8压向棘轮或开关轴10。同时,开关推杆8由弹性件16施加了一个将枢轴衔铁7从线圈6的铁心5上抬起的作用力。于是,不需要一个将枢轴衔铁7保持在图1和图2所示提起位置的辅助弹性件。
与第一弹性段18相对置的第三弹性段20同样具有多方面的功能。在图1和图2所示的开关位置,第三弹性段20正好贴靠在棘轮
10的齿圈9的齿面23上。该棘轮10逆着预定旋转方向D的反向转动是不可能的,因为在这种情况下第三弹性段20的端侧顶靠在齿圈9的一个端齿面24上。除了这种第三弹性段20与齿圈9的共同作用起到了阻止反转的功能外,已经通过第三弹性段20和棘轮10之间的摩擦力有限地产生了保持功能。
在步进开关机构1的开关过程期间,棘轮10总共转动了45°。下面结合图3至图9对开关过程作详细说明。与图1和图2中所描述的开关位置作对比,枢轴衔铁7在如图3所示的开关位置相对于起始位置偏转了3°。此时,开关推杆8与相对于图1所示起始位置旋转了15°的棘轮10的齿圈9相接触。第三弹性段20受齿圈9转动的带动向着第一短臂3(在图中为向下)偏移,于是与图1或图2所示开关位置相比向棘轮10施加一个更大的力。在这种情况下,第三弹性段20仅仅与齿面23和端齿面24之间的齿顶部25相接触。尤其是由图3和图4a可得知,从而存在着一个作用在棘轮10上的、与转动方向D相反的转矩。在图3、图4a和图4b所示开关位置切断向线圈6的电流输送时,棘轮10在弹性件16的第三弹性段20的作用下会重新转换回到图1和图2所示初始位置。与此同时,弹性件16也使枢轴衔铁7往回运动到图1和图2所示起始位置。因而所述弹性件16确保棘轮10以及随之该触桥13在所述线圈6被供给一个过短的操作脉冲时不会保持在一个例如图
3至图4b所示位置那样的不确定中间位置上。因此,该棘轮10最多可以逆着旋转方向D转动一个小于45°的角度。
在图5、图6a和图6b所示开关位置,枢轴衔铁7继续被线圈6吸引,总共偏离起始位置4°。此时,棘轮10相对于图1和图2所示初始位置总共转动了25°。尤其如从图5和图3的比较可明显得知,此时的第三弹性段20再次继续偏移,从而再次向齿圈9施加一个更大的力。所述弹性件16对棘轮10的作用力也随着其增加的转动而加大。在开关过程开始之初,在图1和图2所示开关位置,第三弹性段20对棘轮10的保持力相对较小。因而此时与铁心5和线圈6还相隔较远的枢轴衔铁7可以很容易地离开起始位置。这是特别有意义的,因为枢轴衔铁7与铁心5相隔得越远,则作用在其上的力越小。相反,随着枢轴衔铁7不断靠近铁心5,弹性件16和棘轮10之间的摩擦力起到越来越小的作用。与此不同的是与旋转方向D相反的复位力有越来越大的作用。在图5、图6a、图6b所示开关位置,作用在棘轮10上的复位力相对于图3、图4a、图4b所示开关位置是加大了,因为所述第三弹性段20偏移得更远,从而会施加一个更大的弹性力。这表示,即使在一个相对较长的、例如使开关轴转动了25°的错误脉冲时也始终还能确保棘轮10的复位,从而也使触桥13回到起始位置。
在图7、图8a、图8b所示开关位置,°,棘轮10总共转动了35°。此时,由棘轮10经弹簧片12进行操作的、在图中向下移动的触桥13与一个图中未进一步示出的触点接通。与图1至图6b所示的开关位置相比较,在图7所示开关位置,贴靠在第三弹性段20上的是下一个齿面23和/或端齿面24。于是,使棘轮10逆着旋转方向D返回到图1或图2所示初始位置的反向转动被与棘轮10的齿圈9共同起阻止反向转动作用的弹性件16阻塞。如果在图7、图8a、图8b所示开关位置中断向线圈6输送电流,即开关脉冲结束,则枢轴衔铁7通过弹性件16作用在推杆8上的力向回运动到起始位置,其中在枢轴衔铁7抬起时,即位于起始位置上时,该开关推杆8由于弹性件16施加在偏心耦合部位上的转矩而再次压在一个齿面23上。
只要向线圈6保持供给电能,步进开关机构1就位于在图9所示的开关位置上。即便在持续载荷的情况下,该设备也能可靠地实现它的功能。此时该触桥13的开关位置与图7、图8a、图8b所示开关位置相比没有改变。枢轴衔铁7贴靠在铁心5上;棘轮10总共转动了45°。弹性件16的第三弹性段20向棘轮10施加了一个类似于图1所示开关位置时的作用力。因而,可阻止棘轮反转。若中断向线圈6的电流输送而使枢轴衔铁7从铁心5上抬起,棘轮仍保持在图9所示的开关位置上。在借助棘轮10再转动45°使步进开关机构1