专利名称：真空开关电子管的保护罩和固定吸气剂到保护罩的方法
技术领域：
本发明涉及一种真空开关电子管用的带有吸气材料的保护罩，所述真空开关电子管上具有开关室，开关室中配置了以可与接触块彼此相对运动的形式安装的导体，导体围绕着与柱形金属罩结构相隔一定距离的接触块，所述金属罩上设有吸气材料。本发明还涉及一种用于把吸气材料固定到真空开关电子管中柱形金属罩上的方法，其中所述柱形金属罩以相隔一定距离的形式包围着真空开关电子管的接触块。
真空开关的保护罩借助于设在真空开关室中的金属罩可起到以下作用，即，存放转换作业时从开关触点上蒸发的导电材料，和防止导电材料沉积到不希望的地点，特别是绝缘体上。通常可以采用特种钢作为金属罩的材料。确保真空开关安全工作的另一个基本条件是相应的高真空度，即，使内压保持为约10-7bar或更小。这一压力必须在真空开关室的整个寿命中保持不降低。真空开关室的内压通常表示的不是静态而是动态下的情况。真空开关室中材料的微小渗漏和气体析出都将导致压力增高。为了减少因材料的气体析出以及泄漏而产生的气体，公知的是在真空开关室内设置吸气元件，吸气元件与气体结合后将使得压力下降。
在DE3829888C2中公开了一个在真空开关的真空开关室内形成和布设吸气材料的实例。其中围绕开关触点的金属罩完全由吸气材料构成，所述材料在放电和开关操作时由于产生热而蒸发，因此真空开关室可提供足够的电容量。优选的吸气材料是钛。根据DE1910833A1的建议，把保护罩上的吸气材料设计成使之能承受电弧热。根据DE-AS1185690的教导，在真空开关室的保护罩中设有一个凹槽，凹槽中固定有吸气剂，其中吸气剂应当不高出保护罩的周向表面。采用的安装方式应考虑安装强度和对保护效果的影响。
一般说来，在通过点焊安装的真空开关室的公知吸气装置中，吸气剂仅设在由特种钢、铜镍合金、铁镍合金、莫涅尔和铁镍钴合金制成且具有极低热导性的载体即金属罩上而不是铜上。通过钎焊对吸气剂进行固定时会在高温钎焊过程中因金属从焊料中蒸发而导致引起吸气剂中毒的危险，因此在吸气剂的作用下增加了损害程度。所以要避免用钎焊来固定吸气剂。
本发明的目的是把吸气剂持久地固定在真空开关电子管的真空开关室内，从而不会具有难以进行安装固定的缺点。本发明的另一个目的是提供一种吸气剂固定方式，其不限于仅采用点焊时要求的由特种钢或相应合金制成的保护罩。
根据本发明，构成上述关于真空开关电子管之保护罩的任务是通过以下方式实现的，即，通过使金属罩变形或借助于焊接机械地把带状封闭环永久地固定到金属罩的外侧和至少一个固定位置上。
根据本发明，一方面建议通过纯粹的机械方式把吸气剂固定到金属罩上，这种方法不需要加热和无需附加例如焊接等连接方式便可实现。另一方面，本发明也可以采用焊接，例如点焊、电辐射焊、超声焊、电阻焊和特别是还有激光焊等方式在避免过高局部加热的情况下固定吸气材料。根据本发明所述把吸气剂固定在封闭吸气剂环的结构中的方式可以允许采用其它的保护罩，即由具有高导热性材料如铜或铜合金制成的柱形金属罩部件。吸气剂的固定优选通过在把吸气剂环放置或置于金属罩上后对金属罩进行机械变形而实现。由此，本发明能够把优选为吸气带形式的吸气剂与由或仅由铜构成的金属罩牢固地连在一起。
作为吸气材料除了可以考虑钛以外还可以考虑其它金属合金，例如ZrAl、ZrTi、ZrAlTi、ZrVFeTi或MoTi合金。优选的吸气元件具有带形环状结构，其中带状吸气剂环是通过把带的端部铆接或焊接例如点焊而制成，但是吸气剂环也可以以单一部件的形式整体制成，例如柱形管的柱形管截面。
除了优选具有较高导热性的金属罩材料铜之外，还可以采用低合金的铜合金或高合金的铜铬、铜钴、铜铁、钼铜、钨铜、碳化钨银、碳化钨铜或上述材料的组合物作为金属罩，这些材料同样具有很好的导热性和有利于从真空开关室散热。
根据本发明的教导，将吸气剂设在柱形金属罩的外侧。金属罩的形状与真空开关室的形状相匹配。有关吸气剂环在金属罩上的设置应使其同样不高于金属罩的外周面。在本发明的一种结构中，在柱形金属罩上可推入吸气剂环的端部区域设有用于容纳吸气剂环的阶梯形台阶，台阶的宽度与吸气剂环的厚度相对应，其中金属罩端部区域的外径不大于吸气剂环的内径。
本发明提供了以下用于固定吸气材料和形成保护罩的方法，其中用吸气材料制成一个带状封闭的吸气剂环，用铜或含铜的合金制成柱形的且具有良好导热性的金属罩，把金属罩端部区域的外径限定为能在端部区域上推入吸气剂环，把吸气剂环推到金属罩的端部区域上并通过机械方式或借助于焊接把吸气剂环固定到金属罩上。
优选的是采用激光焊。
本发明建议了一种通过金属罩变形来固定吸气剂环的简单方式，其中延伸成渐窄端部区域中较大尺寸的台阶长度对应于吸气剂环的宽度，所以形成可在其上推入吸气剂环的端部区。这样可以使边缘区向外变形，以便形成固定吸气剂环的夹紧缘或折边式变形。还可以把边缘区折成向外卷的卷边，以便用这种方式把吸气剂环持久地固定在其原来的位置上。还可以借助于按钮型形状配合的开合式连接把吸气剂环和金属罩彼此机械地连在一起。
根据另一种建议，可以这样来构成保护罩，即在柱形金属罩上可推入吸气剂环的端部区域形成阶梯形渐窄的台阶和在渐窄台阶的前端设置狭缝，把狭缝之间的金属罩端部区向外向下弯成从金属罩伸出一定距离的突缘结构。
在生产保护罩时例如可以这样进行，即，制出柱形金属罩，该金属罩上带有用于容纳吸气剂环的阶梯形渐窄台阶，在渐窄形台阶的前端设置狭缝，和在把吸气剂环固定到金属罩外侧上之后，在距吸气剂环一定距离的位置上把狭缝间留下的金属罩端部区向外弯成突缘结构。
本发明能够把带状吸气剂环结构的较大吸气元件持久地固定到金属罩上，从而可提供较大的吸气剂表面。通过从外部把吸气剂环固定到金属罩上可以防止其受电弧一金属蒸气弧的影响和保证了吸气剂持久的高效作用。
因此根据本发明的教导还可以借助于焊接，例如点焊、激光焊、超声焊、电子束焊、电阻焊等实现吸气剂环的带端部连接同时可实现吸气剂环与金属罩的固定。
下面结合一个实施例的附图对本发明作详细说明。其中
图1是真空开关电子管的纵剖面图，图2是吸气剂环的透视图，图3是柱形金属罩的透视图，图4是取自图3中A-A面的局部剖面图，图5是根据图2和图3所示带有吸气剂环的金属罩，图6是带有图5中所示金属罩和吸气剂环的真空开关电子管的局部纵向剖面图，图7是设有真空开关电子管的真空开关装置的局部纵向剖面图，其中的真空开关电子管中带有图5中所示的金属罩和吸气剂环，图8是带有狭缝和吸气剂环的柱形保护罩变形前的透视图，图9和10是在两个变换例中带有固定吸气剂环的保护罩的纵向剖面图。
图7中以剖面形式扼要地示出了适用于本发明的真空开关装置的实例，该真空开关装置具备了主要功能部件，其中采用了本发明所述类型的真空开关电子管。在此，涉及到图中未详细示出的由磁芯和衔铁的磁力驱动的电磁开关装置和至少一个带有固定触点以及带有一个提升杆的真空开关电子管，所述提升杆在直线方向上与竖直运动的触点有效连接，还有一个与提升杆及衔铁有效连接的直立开关摆杆，其用于把驱动运动转换成运动触点的开关运动。在此，提升杆的一端与支撑运动触点的触点支撑件固定连接在一起而且触点支撑件的输出端一侧沿提升杆的纵轴滑动地支撑着管支撑装置中的真空开关电子管。根据图7，把衔铁110固定到衔铁接纳件111上并且借助于螺栓113将其固定到减震支撑件122中间层下部的开关摆杆120上，更确切地说是固定到在开关摆杆120端部形成的容纳摆杆的支撑件121上。把开关摆杆120可转动地支撑在轨道式支撑外壳140中或是图中未详细示出的真空开关装置200的驱动箱中。在轨道式支撑外壳140的上部区域中设有真空开关电子管1，该电子管的一端具有支撑固定触点31的固定触点支撑件30，所述支撑件30借助于螺钉170固定到接线片160上并固定到轨道式支撑外壳140内。真空开关电子管1进一步包括与可运动触点21扣紧的可运动触点支撑体20，其借助于金属波纹膜4可相对于真空开关电子管1沿箭头P2,P2’的方向运动。真空开关电子管1的输出端一侧具有管支撑件147，在管支撑件中沿开关运动方向滑动地支撑着触点支撑体20。在运动触点支撑体20与运动触点21有效连接的直线方向上设有固定在触点支撑体20一端上的提升杆150，提升杆在这个固定区域上也通过管支撑件147导向。提升杆150的另一端轴向导入轴箱导框支撑件160中，其中轴箱导框支撑件160设在轨道式支撑外壳140的侧壁区域中，并且借助于螺钉153固定，所述螺钉布置在垂直于提升杆和真空开关电子管1的纵轴X的方向上。在提升杆上固定有引向连接轨161的绞合线141，在直接连接时将其固定到运动触点支撑体20的端部，另一方面借助于六角螺母将其固定到提升杆150上。开关摆杆120用它的叉簧端123a、b抓住两个支撑件147和160之间的提升杆150以便传递开关摆杆的转换运动P1。在开关摆杆120运动时，通过启动相应的衔铁运动(参见箭头P3)可以使开关摆杆120从图7中所示的输出端沿箭头P1转向叉簧端并因此使提升杆150与由此而相连的部件相咬合，从而通过开关运动(参见箭头P2)使真空开关电子管1中的触点21、31闭合。打开时使提升杆沿箭头方向P2’作反向运动并使触点21、31分开。
根据图1，真空开关电子管1包括运动导体2和固定导体3，导体2和3上分别具有触点支撑体20、30，在支撑体彼此相对的端面上设有接触块21及31。真空开关室由金属壳体5、6构成，壳体之间设有绝缘体7。运动导体2与外壳或壳体5之间设置导向装置和波纹管4。构成真空开关室的外侧部件通过焊接点10、12、14、15而彼此连接，波纹管4的另一端通过焊接点16固定到运动导体2上。接触块21、31同样通过由焊接点构成的连接表面11、13与每个触点支撑体20及30相连。由此构成了封闭的真空开关室100。柱形罩8从侧面包围接触块，柱形罩一方面与壳体6在固定触点区焊成一体，而其自由端一直伸到绝缘体7的区域中，从而以这种方式收集来自开关区的辐射热和冷凝金属蒸气并将其引出，同时使壳体6以及绝缘体7不受金属蒸气弧的影响。金属罩8由铜制成，因此其具有极好的导热性。为了吸附开关上因金属蒸气弧而形成的气体，把吸气剂环9形式的吸气剂从外侧装到金属罩8的自由端上。吸气剂环9同样不会受金属蒸气的直接影响，这是因为吸气剂环的外侧装在保护罩8上(参见图1)。
在图2中示出了吸气剂环，吸气剂环是借助于点焊、激光焊或例如电子束焊或铆接等手段把合适宽度的带状体两端91相接而构成的。带状体的内径用1g表示，带状体的厚度用d表示而其宽度用b表示。
图3中表示的是金属罩8的透视图，金属罩上具有主体罩部分81，该部分包围着开关触点区域，在主体罩部分上通过阶梯形台阶82形成柱形端区83，端区83再一次通过阶梯形台阶84形成渐窄的端区85。参见图4，阶梯形台阶84的宽度a与吸气剂环的厚度d相适应，所以可以把吸气剂环9装到台阶84上而且可以简单地与柱形罩的外周面83相吻合。柱形渐窄区域85的高度或留下的长度Le稍大于吸气剂环9的宽度b。
在图5中可以看到装在金属罩的阶梯形台阶84上的吸气剂环9，其中在金属罩8的上部自由端上设有在吸气剂环9的上方形成的较窄边缘区，其尺寸为Le-b，在该边缘区中通过机械变形构成例如四个向外撑出的卡紧件86a、86b、86c、86d，通过这些卡紧件可以把吸气剂环9与台阶84持久地固定在把吸气剂环推到金属罩后所处的位置上。根据本发明所述，由于能够把吸气剂环9机械地安装到金属罩8上，所以可以使用较软的和焊接性不是特别好但却具有良好导热性的材料例如铜作为金属罩。在金属罩8上装上吸气剂环后的固定除了可以通过压制金属罩边缘使其简单变形而实现外还可以通过使金属罩边缘局部或整体卷边或类似方式来实现。
在图6中用剖面图示出了把带有吸气剂环9的金属罩8装在图1所示的真空开关电子管中。
为了制造能通过突起的罩区来防止金属蒸气对吸气材料产生不良影响的带有外侧吸气剂环的金属罩，而建议采用图8中所示带有金属罩的保护罩结构。柱形金属罩8同样具有通过一个或两个台阶形成的渐窄柱形端区85。随后把吸气剂环推到端区85上，如图中所示，直到吸气剂环9到达台阶。在渐窄端区85的轴向沿金属罩的纵向长度段上设有三个或更多个狭缝8a、8b、8c。在推入的吸气剂环9和罩区85的前端之间留有较大高度，所以足以实现如图9和10所示通过向外弯曲而形成的弯边和U形夹紧。
在图9中示意性地示出在把吸气剂环9张紧在金属罩8上之后，把渐窄的罩区85向外弯曲，使其构成所谓的U形并由此形成夹紧件88，向外伸出的夹紧件88的端部88a从外部盖住吸气剂环9。因此渐窄区85从支撑吸气剂环的台阶开始所需的尺寸应考虑留出相应的卷边边缘区的宽度。可以通过形成狭缝结构来实现卷边或弯曲。优选用如此形成的凸缘来完全遮盖吸气剂环。用这种方式可以在真空焊接阶段更好地保护吸气剂免受冷凝金属蒸气和真空电弧的影响。
除此以外，当稍微向外弯曲时，弯边和凸缘88的下端88a同时起使图1中的真空开关电子管结构对中的作用，其形成对例如陶瓷制的外绝缘体7的支撑，而陶瓷体7与保护罩的对中有关。
采用本发明所述的吸气材料的结构和装置可以把较大的吸气剂表面持久地固定到保护罩上同时还能在焊接真空开关电子管的生产过程中保护吸气剂不受因金属从焊料中蒸发而产生的有害蒸气的影响。
通过把吸气材料设置到保护罩的外侧还可以使其免受金属蒸气弧的直接影响而且确保了吸气剂持久的高效能。此外根据本发明可以把吸气剂与具有高导热性的的铜罩一起使用。用机械方式或借助于焊接固定预制环形式的吸气剂带可以实现吸气剂材料与铜罩的快速连接。吸气剂环可以是任何尺寸。另一个优点是可以通过激光焊把吸气剂环固定到金属罩部件上，其中金属罩可以由具备良好导热性的材料如铜、铜合金等构成。
权利要求
1．一种真空开关电子管用的带有吸气材料的保护罩，所述真空开关电子管上具有开关室，开关室中配置了以可与接触块彼此相对运动的形式安装的导体，导体围绕着与柱形金属罩结构相隔一定距离的接触块，其特征在于，从外侧把带状封闭的吸气剂环(9)装到金属罩(8)上并且通过金属罩的变形或借助于焊接把吸气剂环机械性永久地固定到至少一个固定位置上。
2．根据权利要求1所述的保护罩，其特征在于，吸气剂环和金属罩之间通过形状配合的折叠连接彼此连在一起。
3．根据权利要求1所述的保护罩，其特征在于，由吸气材料构成的封闭的带状吸气剂环是通过铆接或焊接例如点焊、激光焊、电子束焊、电阻焊或超声焊等手段把带状体两端相接而构成的。
4．根据权利要求1所述的保护罩，其特征在于，吸气剂环具有由吸气剂材料构成的整体柱形管截面。
5．根据权利要求1-4中任一项所述的保护罩，其特征在于，罩体材料可以是铜或低合金的铜合金或高合金的铜铬、铜钴、铜铁、钼铜、钨铜、碳化钨银、碳化钨铜或上述材料的组合物。
6．根据权利要求1-5中任一项所述的保护罩，其特征在于，在能推入吸气剂环的柱形罩端部区域上设有能容纳吸气剂环(9)的阶梯形台阶(84)，台阶的宽度(a)对应于吸气剂环(9)的厚度(d)，其中金属罩端部区域(85)的外部直径(Ae)不大于吸气剂环(9)的内径(1g)。
7．根据权利要求6所述的保护罩，其特征在于，从台阶(84)延出的渐窄端区(85)的长度(Le)与吸气剂环(9)的宽度(b)相比具有较大尺寸，所以端部区域超出推入的吸气剂环。
8．根据权利要求1-7中任一项所述的保护罩，其特征在于，吸气材料可以采用钛、ZrAl、ZrTi、ZrAlTi、ZrVFeTi和/或MoTi。
9．根据权利要求1-8中任一项所述的保护罩，其特征在于，其中把吸气剂环推到金属罩上后利用多余的金属罩端区的边缘区形成用于固定吸气剂环的向外伸出以用于卡紧的变形部分(86a,86b,86c,86d)。
10．根据权利要求1-8中任一项所述的保护罩，其特征在于，在将吸气剂环推到金属罩上后把多余的金属罩端区的边缘区向外弯成耳形或突缘结构以及吸气剂环的支撑固定器。
11．根据权利要求1-8中任一项所述的保护罩，其特征在于，在推入吸气剂环的柱形金属罩(8)上形成朝着端区逐渐变窄的梯形台阶，渐窄台阶(85)的前端设有狭缝(87)而且把位于狭缝之间的金属罩端区(8a,8b,8c)向外向下弯成从金属罩(8)上伸出一定距离的夹紧件结构(88)。
12．用于把吸气材料固定到柱形金属罩结构的保护罩上方法，所述金属罩以相隔一定距离的方式包围着真空开关电子管的接触块，其特征在于，-用吸气材料制成一个带状封闭的吸气剂环，-用铜或含铜的合金制成具有良好导热性的柱形金属罩，把金属罩端部区域的外径限定为能从端部区域上推入吸气剂环，-把吸气剂环推到金属罩的端部区域上，-并通过机械方式或借助于焊接把吸气剂环固定到金属罩上。
13．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，吸气剂环推入金属罩端区的程度应使得金属罩的边缘区超出吸气剂环，而且通过局部或整体地把边缘区向外弯曲而将吸气剂环固定到金属罩上。
14．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，吸气剂环推入金属罩端区的程度应使得金属罩的边缘区超出吸气剂环，而且通过在金属罩边缘区局部向外压制出卡紧件而将吸气剂环固定到金属罩上。
15．根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，在推入吸气剂环的金属罩边缘区上设有台阶，该台阶对推入的吸气剂环起阻挡作用。
16．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，吸气剂环由带状吸气材料制成，其中构成吸气剂环的带状体端部通过铆接或焊接而彼此相接。
17．根据权利要求16所述的方法，其特征在于，借助于焊接例如点焊、激光焊、超声焊、电子束焊、电阻焊等方式在把构成吸气剂环的带状体端部连到一起的同时把吸气剂环固定到金属罩上。
18．根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，柱形金属罩上设有用于容纳吸气剂环的阶梯形渐窄台阶而且渐窄形台阶(85)的前端设有狭缝(87)，在把吸气剂环(9)固定到金属罩(8)的外侧上之后，把狭缝间留下的金属罩端区向外弯成使吸气剂环(8)呈向外突出一定距离的形式。
全文摘要
本发明涉及一种真空开关电子管用的带有吸气材料的保护罩,所述真空开关电子管上具有开关室,开关室中配置了以可与接触块彼此相对运动的形式安装的导体,导体围绕着与柱形金属罩结构相隔一定距离的接触块,金属罩上设有吸气材料,其中从外侧把带状封闭的吸气剂环装到金属罩上并且把吸气剂环持久地固定到至少一个固定位置上,本发明还提供了一种把吸气剂固定到保护罩上的方法。
文档编号H01J31/02GK1231492SQ9910323
公开日1999年10月13日 申请日期1999年3月29日 优先权日1998年3月31日
发明者约翰内斯·迈斯纳, 格哈德·罗斯曼, 杰里·利珀特斯, 阿尔弗雷多·利茨 申请人:金钟-默勒有限公司