专利名称：封装的、设计成耐压力的、非气体密封的、旋转对称的高功率火花隙的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的封装的、设计 成耐压力的、非气密密封的、旋转对称的高功率火花隙，具有两个隔 开相对的主电极、 一金属的外壳体、 一由外壳体包围的气体或等离子 体冷却腔以及优选设置在端侧的用于主电极的电连接触点。
背景技术：
在根据现有技术的基于火花隙的过载放电器中，所述过载放电器 在应用于低压范围中时设计成封装的，以便避免喷出威胁环境的热的 或者还电离的气体。
在属于较早的现有技术的会发生喷出的放电器中，最高约卯％的 大部分能量转化以热气体的形式排放到环境中。很明显，由于避免喷 出，在新型的火花隙中热和动力上的载荷都提高了。这种提高的载荷 对于封装的放电器使得难以在结构尺寸尽可能小的同时对高的脉沖和 持续电流进行必要的控制。
为了实现在几kV范围内的低的防护水平，放电器设有附加的触 发装置。这种触发装置要求对附加的、通常用高压加载的另一个电极 进行绝缘。在结构空间上更多的要求和附加的绝缘材料同样导致对这 样实现的放电器的有效性/效能的另一种限制。
根据DE 100 08 764 Al和其中所示的封装的火花隙已知，通过火 花隙的金属的壳体外壳供应触发电势。这里设置的主电极相对于彼此 以及相对于壳体绝缘地安装到火花隙中。但是，由于较小的电弧长度 以及只有简单(一次)的电弧分配，利用现有技术的这种解决方案只 能实现较小的持续电流极值。在根据DE 100 18 012 Al的封装的放电器中，点火电极的电势同 样通过火花隙的耐压的金属外壳供应。这里耐压的外壳是一体地制成 的，并且在制造时釆用了简单的成形方法。由于放弃了点火电势的绝 缘的导通口，在这种方案中，导致了在火花隙内部的用于绝缘件的空 间需求，因为两个电极不仅必须相对于彼此而且必须相对于整个壳体 绝缘。除了高的空间需求以外，由于复杂的并且耐高电压的绝缘，特 别是还会妨碍火花隙的散热。这会导致对绝缘件提高的热载荷，较长 的冷却时间和对供火花隙使用的空间的极大的限制。所有这些缺点最 终限制了火花隙的效能。
当为了改进火花隙的确定的参数而附加地排出Hartgas时，会形 成较高的能量转化，这种能量转化除了热栽荷以外在脉沖电流和持续 电流的情况下都还会导致进一步提高的或者动态的压力载荷。
在DE 101 64 025 Al中示出了 一种封装的可触发火花隙，所述火 花隙按Radax-Flow原理工作。在现有技术的这种解决方案中，采用 火花隙现有的方形壳体用于冷却热气体。对触发电极的供电通过相对 于壳体绝缘的第二主电极的绝缘件进行。这种方案由于壳体几何构型域。
前面简短说明的现有技术的解决方案包括可承受雷电流的低压空 气火花隙，这种火花隙由于其结构上的构造具有本身较高的耐压性。
在EP0305 077 Al中记载了 一种工作能力较低的火花隙，在这种 火花隙中，触发电极穿过火花隙由绝缘材料组成的外壳体。这种不能 承受雷电流的火花隙具有较小的主电极间距并不具有用于提高电弧电 压的元件。现有技术的这种火花隙的功率转换和由此所产生的热和动 力载荷都是不足的。这种火花隙不适于应用在低压电网中。这种壳体 和触发电极的导通口的动态承载能力同样较低。
作为现有技术还可以参考DE 198 45 889 Al，该文件公开了一种 火花隙装置，这种火花隙装置设计成封装的和耐压的，并且具有带有 金属的外壳体的彼此隔开地相对的主电极。这种现有技术也采用了气体和等离子体冷却腔，其中主电极设计成空心圆柱形的伸入冷却空间 中的吹气电极。
例如由DE 29 34 237 Al根据这里记载的过电压放电器装置已知 一种曲折形的冷却通道。由DE 20 2004 020 260 Ul和DE 103 38 835
Al可以获知由同轴地设置的碟形的壳体件组装成的火花隙中的螺旋 形的冷却通道，所述两个文献都记载了过载放电器装置。
发明内容
有前面所述的情况出发，本发明的目的是，给出一种改进的、封 装的、设计成耐压力的、旋转对称的高功率火花隙，具有两个相互隔 开相对的主电极、 一金属的外壳体、 一由外壳体包围的气体或等离子 体冷却腔以及优选设置在端侧的用于主电极的电连接触点，其中，与 已知的火花隙相比，该火花隙在仍很简单的、技术上可掌握的结构和 高的运行可靠性的同时确保了接近双倍的冲击电流承载能力，并实现 了对热气体的良好且快速的冷却。
通过根据权利要求1的特征组合的火花隙来实现本发明的所述目 的，其中，各从属权利要求至少构成了适宜的实施形式和改进方案。
前面所述的高功率火花隙的最重要的方面在于对在一具有按等级 排列(gestaffelt)安装的排风口的曲折形冷却通道中的热气体进行有 效的冷却、火花隙内有效部件的耐压力的结构形式，以及外壳体内部 的中间空间或冷却腔的耐压力的、本身封装的构型。
根据本发明的高功率火花隙的冷却腔由一内部的金属杯形件和一 外部的金属杯形件的同轴的布置结构组成，其中，主电极之一设计成 空心圆柱形的喷气电极并且大部分伸入同轴布置结构的内部的金属杯
形件中。
在杯形件布置结构的开口侧上设有一从侧向包围作用在所述喷气 电极上的对中支承环。所述支承环耐压力地，优选力锁合和/或形锁合 地与外部的杯形件例如通过一相应的螺紋副相连。
所述同轴布置结构的外部的杯形件具有侧向的(多个)孔作为出气口。在同轴布置结构的内部的和外部的杯形件之间设有至少一个气 体冷却通道。另一个气体冷却通道设置在外部的杯形件的外壁和外壳 体的内壁之间。
根据本发明的所述目的，所述高功率火花隙使得可以实现较高的 脉沖载荷或较强的电流极值，其结果是，在火花隙内转换更多的能量， 由此产生更大量的加热的气体或等离子体。
因此必须实现对气体更强烈的冷却和膨胀(卸荷)。这通过前面描 述的同轴布置结构，即通过较长的路径和气体与冷却材料较强烈的接 触或较强烈的发生接触来实现。所述冷却材料具有大的热容量，良好 的导热能力和高熔点。
除了强烈的冷却以外，所述火花隙还具有强烈的燃烧损失，而且 燃烧颗粒不会完全封闭现有的排风通道。
在冷却通道的分布走向中，有意地实现这样的区域，在所述区域 内，已经固化(凝固)的材料可以毫无问题地沉积，以便进行排风。
按等级排列地设置在冷却通道内的排风口首先具有较小的横截 面，以便避免发光的气体和熔体颗粒流出，并在冷却通道进一步的延 伸部的分布走向中才在横截面上逐渐增大，由此可以在整个冷却通道 内对流动和膨胀加以利用。通过这个措施，可以在冷却通道的起始区 域对各单个排风口的堵塞进行补偿。
根据本发明的喷气电极设计成在其指向对应电极的上侧具有一环 形凸缘， 一具有互补的台阶的支承环贴靠在所述环形凸缘上。喷气电 极的下侧是封闭的，但具有侧向的出气口，其中所述下侧补充地具有 一在电极纵向上定向的引导凸台，所述引导凸台接合到内部杯形件的 一互补的凹口中。
在喷气电极下侧的区域内，在内部的杯形件和引导凸台之间设有 至少 一个已经提及的气体冷却通道，所述气体冷却通道延伸进入内部 的杯形件的一形成连接触点的螺紋口中。
同轴布置结构的每个杯形件都具有一 圆环接管，其中内部的杯形 件的圆环接管支承在外部的杯形件的圆环接管中。在外部的杯形件的圆环接管的区域内，形锁合地贴合地形成外壳体，并且例如是通过巻 边步骤形成的。
考虑到前面所述的结构，所述同轴布置结构包括支承环和喷气电 极的耐压力的连接通过力锁合和/或形锁合，特别是通过螺紋连接来实 现。
在各主电极之间设置由释放气体的材料例如POM制成的一套筒 或一盘形件，其中支承环至少部分地在外周侧包围所述由所述释放气 体的材料制成的套筒或盘形件。
所述释放气体的材料具有对电弧径向喷气的功能。这可以用于通 过冷却和延长电弧而限制连续电流。采用所述支承环的解决方案确保 了对高脉沖电流序列(后果)(Folge)的控制。这里，支承环可以设 计成导电的或绝缘的。重要的是，所实现的对火花隙的构件的内部的 稳定作用，具体地一方面是通过载荷的均匀分布，另一方面是通过机 械特性总体上改进来实现的。
在现有技术的解决方案中，在火花隙内部的热气体的膨胀区域内 建立的压力直接向回作用到有效(主动)的释放气体的构件的区域上。 这一方面直接通过可通过堆叠部件的缝隙进入的气体来实现的，另一
移动性来实现的:'特别是当气:"释放不是均-地和全方位)在所;
侧面)地向膨胀区域内进行时，这种移动特别是重要的，因为这会导 致不均匀的压力载荷并由此可能导致缺口效应和各单个部件的破坏。
通过带有下部主电极的膨胀腔的各部分根据本发明的举例性的螺 紋连接，可以实现一种本身耐压力的冷却腔。这种解决方案使得实现
冷却腔和有效部件之间或电弧燃烧腔和冷却腔之间直接的气体流动。
套上的对中和绝缘体安装在作为具有引导凸台的主电极的引导凸 台上，其中在一优选的变型方案中，绝缘体也侧向包围主电极的盘形 件。
在盘形件-主电极和绝缘体之间可以设置一 密封件，特别是密封根据本发明的旋转对称构型的高功率火花隙基于具有喷气电极和 螺紋连接的支承环的杯形件的同轴布置结构构造成类似堆叠形的，其 中首先只是单侧巻边的空心圆柱形外壳体容纳所述堆叠结构。通过在 仍开放的侧面上的巻边实现对火花隙的堆叠结构的各单个预安装部件 的挤压和机械式地使其发生接触，所述火花隙具有总体上形成的非常 高的稳定性和由此得到的可承载性。
下面根据一个实施例以及参考附图对本发明进行详细说明。
这里
图1示出根据本发明的具有本身耐压力的冷却腔的高功率火花隙 的剖视图，以及
图2/1、 2/2示出沿图1中线A-A、 B-B的视图以及一细部。
具体实施例方式
在根据图l的火花隙中，在外壳体1中设有主动和被动部件的布 置结构。
首先，为了形成耐压力的冷却腔，设有一内部的杯形件8，该杯 形件由一外部的杯形件8在保持一定距离以获得一气体冷却通道12 的情况下包围。
主电极之一伸入在杯形件8的空间的内部，所述主电极设计成空 心圆柱形的喷气电极3。
在杯形件布置结构的开口侧上设有 一侧向包围所述喷气电极3的 支承环7。该支承环具有一外螺紋，所述外螺紋与外部的杯形件9的 内螺紋相对应。
在外部的杯形件9中存在侧向的出气口 10，其中，在内部的和外 部的杯形件8、 9之间至少形成前面所述的气体冷却通道12,以及在 外部的杯形件9的外壁和外壳体1的内壁之间有另一个气体冷却通道13。
喷气电极3的下侧是封闭的，但具有侧向的出气口 19。
喷气电极3的下侧此外还具有一引导凸台14，该引导凸台接合到 内部的杯形件8中的一互补的凹口中。
在喷气电极3的下侧的区域内，在内部的杯形件和引导凸台14 之间也设有至少一个气体冷却通道15，该气体冷却通道延伸到内部的 杯形件8的一螺紋口 16内。该螺紋口 16形成连接触点17，例如螺纹 触点的一个要素。
同轴布置结构的前面所述的杯形件8、9中的每一个都具有一圆环 接管25、 26，其中内部的杯形件8的圓环接管25支承在外部的杯形 件9的直径匹配的圆环接管26中，并且外壳体1形锁合地贴合在外部 的杯形件9的圆环接管26的区域内。这种形锁合这里通过在一挤压成 型过程中实现的巻边来实现。
在主电极2和3之间设置一由释放气体的材料，例如POM制成 的套筒或盘6，从而在点燃电弧的情况下调整对电弧的径向吹气。
与喷气电极3相对的另一个主电极2设计成具有引导凸台28的盘 形件27的形式。
引导凸台28具有一用于接通接头的螺紋孔。
一套上的第二绝缘体4套装在所述另 一个主电极2的引导凸台28 上，其中，所述绝缘体ll侧向包围按图1的实施形式的主电极2的盘 形件27。
在盘主电极2和绝缘体4之间可以设置一个特别是密封圏形式的 密封件。
前面所述的高功率火花隙使得在保持高的点火可靠性和最佳的气 体冷却特性的同时可以实现将冲击电流承载能力从约25kA加倍到 50kA。
根据本发明，内部和外部的杯形件可以降低成本地由耐燃烧损失 较低的材料，例如钢或铜制成，其中这些材料应具有优选良好的导热 性和高的热容量。如根据图1的原理剖视图所示的那样，内部的杯形件8具有一特 别厚的壁和一加厚的底部，从而可以补偿增强的电弧燃烧损失并可避 免熔穿。
外部的杯形件9中同轴分布地存在多个孔10，所述孔位于一个或 多个环绕的槽11中。
外部的杯形件9和外壳体1之间的间隙或气体引导通道13可以设 计得较宽。
在喷气电极3的底部中，在内部的杯形件8和/或外部的杯形件9 中，可以设有具有小横截面的螺旋形通风通道，所述通风通道具有大 的其周长与横截面的比例，从而可以实现更好的冷却。
环绕的槽11和外部的杯形件与外壳体之间的间隙用于容纳熔体， 由此可靠地避免孔10的堵塞。
除了环绕的槽以外，这里在一个实施形式中还可以设想一种环绕 的螺旋线的构型，或者补充地存在这样的可能性，即，例如在布置结 构的纵轴上实现垂直的槽。
在图2/1和2/2中示出喷气电极3以及内部8和外部的杯形件9 的底部中排风结构的区域。所述排风结构可通过螺旋槽来实现，其中 补充或替代这种螺旋槽(图1 )，如根据图2/1和2/2的视图所示的那 样，在内部的杯形件8的底部中(剖面A)可以加工出多个孔。通过 这些孔10气体和熔体到达外部的杯形件9的底部，所述底部具有一环 绕的具有相对于孔错开的通道的槽32或具有一多次供给的螺旋结构 (剖面B/附图标记32)。
支承环7在所示实施例中有优质钢制成并可以承担电势控制的功 能。对中体4和5嵌入主电极2中，其中对中体5形成绝缘的火花放 电隙(tjberschlagsstrecke )。套筒或盘形件6构成导电或半导电的释 放气体的火花放电隙部件，其中支承环7承栽套筒或盘形件6。
权利要求
1.封装的、设计成耐压力的、非气密密封的、旋转对称的高功率火花隙，具有两个隔开地相对的主电极、一金属的外壳体、一由外壳体包围的气体或等离子体冷却腔以及优选设置在端侧的用于主电极的电连接触点，其特征在于，所述冷却腔由一内部的杯形件(8)和一外部的杯形件(9)的同轴的布置结构组成，其中，主电极之一设计成空心圆柱形的喷气电极(3)并且伸入内部的杯形件(8)中，此外，在杯形件布置结构开放的侧面上设有一侧向包围所述喷气电极(3)的用于对中的支承环(7)，并且所述支承环通过螺纹连接耐压力地与外部的杯形件(9)相连，外部的杯形件(9)具有侧向的、位于槽(11)中的出气口(10)，并且在内部的和外部的杯形件(8；9)之间设有至少一个第一气体冷却通道(12)，以及在外部的杯形件(9)的外壁和外壳体(1)的内壁之间有另一个第二气体冷却通道(13)。
2. 根据权利要求l所述的火花隙，其特征在于，在喷气电极(3)下侧的区域内，在内部的杯形件(8)和一引导凸台(14)之间有至少一个气体冷却通道(15)，所述气体冷却通道延伸到内部的杯形件(8)的一形成一连接触点(17)的螺紋口 (16)中，其中，在喷气电极(3)的外底部中加工出一用于引导气体的螺旋槽(18)。
3. 根据上述权利要求中任一项所述的火花隙，其特征在于，同轴布置结构的每个杯形件(8; 9)都具有一圆环接管(25; 26)，其中内部的杯形件(8)的圆环接管(25)支承在外部的杯形件(9)的圆环接管(26)中，并且外壳体(1)形锁合地贴合在外部的杯形件(9)的圆环接管(26)的区域内。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的火花隙，其特征在于，在各主电极(2; 3)之间设置由导电或半导电的释放气体的材料制成的一套筒或盘形件(6)。
5. 根据权利要求4所述的火花隙，其特征在于，在由释放气体的 材料制成的套筒或盘形件(6 )的背向喷气电极的侧面上有一套上的第 一对中和绝缘体(5)。
6. 根据权利要求5所述的火花隙，其特征在于，与喷气电极(3) 相对的另一个主电极(2)设计成具有引导凸台(28)的盘形件(27)。
7. 根据权利要求6所述的火花隙，其特征在于，设有另一个套上 的对中和绝缘体(4)，该对中和绝缘体套装在所述另一个主电极(2) 的引导凸台(28)上，其中，所述绝缘体(4)侧向包围主电极(2) 的盘(27)和第一对中和绝缘体(5)的一环绕的凸肩。
8. 根据权利要求3所述的火花隙，其特征在于，在内部的杯形件(8) 的外部下侧的区域内有用于引导气体的孔或槽(30)，其中在各 圆环接管(25; 26)之间设有一间隙(31)。
9. 根据权利要求8所述的火花隙，其特征在于，在外部的杯形件(9) 的内部下侧的区域内设有用于引导气体的孔或槽(32)，所述孔 或槽通向所述间隙(31)。
全文摘要
本发明涉及一种封装的、设计成耐压力的、非气密密封的、旋转对称的高功率火花隙，具有两个隔开地相对的主电极、一金属的外壳体、一由外壳体包围的气体或等离子体冷却腔以及优选设置在端侧的用于主电极的电连接触点，其中，所述冷却腔由一内部的杯形件(8)和一外部的杯形件(9)的同轴的布置结构组成，其中，主电极之一设计成空心圆柱形的喷气电极(3)并且伸入内部的杯形件(8)中，此外，在杯形件布置结构开放的侧面上设有一侧向包围所述喷气电极(3)的用于对中的支承环(7)，并且所述支承环通过螺纹连接耐压力地与外部的杯形件(9)相连，并且，外部的杯形件(9)具有侧向的、位于槽(11)中的出气口(10)，并且在内部的和外部的杯形件(8；9)之间设有至少一个第一气体冷却通道(12)，以及在外部的杯形件(9)的外壁和外壳体(1)的内壁之间有另一个第二气体冷却通道(13)。
文档编号H01T4/12GK101529677SQ200680056157
公开日2009年9月9日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年10月17日
发明者A·埃尔哈特, M·瓦夫勒, S·希尔, U·施特朗费尔德 申请人:德恩及索恩两合股份有限公司