专利名称：封装的耐压构成的非严密密封的旋转对称的大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l的前序部分的封装的、耐压构成的、 非严密密封的、旋转对称的大功率火花隙，包括两个间隔相对的主电极、 一个金属外壳、至少一个触发电极、 一个被外壳包围的气体或等离子冷 却腔以及优选在端側设置的用于主电极的电连接触点。
背景技术：
就根据现有技术基于火花隙的过压放电器而言，所述火花隙在低压 领域的应用中被封装起来，以避免热气体或还电离的气体的会危及环境 的吹出。
在属于较早现有技术的吹出式放电器中，直至约90%的绝大部分转 换能量以热气体的形式被排出到环境中。显然，由于避免吹出，对于现 代火花隙来说，无论是热负载还是动态负载都会增大。对于封装的放电 器而言，所述增大的负栽难以在尽可能小的结构尺寸的情况下实现对大 的脉冲电流和续流的必要的控制。
为了实现在几KV范围内的低保护电平，放电器设有附加的触发装 置。这种触发装置要求将附加的、通常带有高电压的其它电极绝缘。结 构空间的大耗费和附加的绝缘材料也会导致进一 步限制如此实现的放电 器的工作能力。
才艮据DE 100 08 764 Al及其所示的封装的火花隙可知，将触发电位 引至火花隙的金属的壳体包套上。其中所设置的主电极相互绝缘并相对 于壳体插入到火花隙中。但由于电弧长度较短和电弧分布简单，所以采 用该现有技术的解决方案只能实现对续流的较小限制。
在根据DE 100 18 012 Al的封装的放电器中，引燃电极的电位同样 经由火花隙的耐压的金属的外套输入。其中耐压的外套由一件制成，并
且制造时可采用简单的变形工艺。然而在该解决方案中，省去引燃电位 的绝缘引线会导致对火花隙内部的绝缘的更多耗费，因为两个电极不仅 要相互绝缘，而且必须相对于整个壳体绝缘。除了较大的空间需求外， 由于费事的且耐电压的绝缘，特别是还会妨碍热量从火花隙中排出。这 会导致热负载增大，冷却时间增加以及极大地限制为火花隙提供的空间。 所有这些缺点最终限制了火花隙的工作能力。
于是，如果为了改善一定的火花隙参数附加地进行自产气体的排出， 则高的能量变换率，其除了热负载外，还会导致无论脉冲电流还是续流 的进一步提高或动态的压力负载。
DE 101 64 025A1中示出 一种封装的可触发的火花隙，这种火花隙根 据Radax-Flow原理来工作。在现有技术的该解决方案中，已有的矩形火 花隙壳体用于冷却热气体。通过相对于壳体绝缘的第二主电极的绝缘部 件来引入触发电极的输入。这种解决方案由于壳体的几何实施方式而非 常费事，并且极大地限制了主动的电弧区域相对于用于冷却气体的区域 的空间。
前面简短论述的现有技术解决方案包括可承受闪电电流的低压空气 火花隙，该低压空气火花隙由于其构造而具有本身很高的耐压性。
在EP0 305 077A1中提出一种工作能力较低的火花隙，其中触发电 极穿过火花隙的由绝缘材料构成的外壳。该不能承受闪电电流的火花隙 具有短的主电极距离，并且没有用于提高电弧电压的机构。这种现有技 术的火花隙的功率变换率并且从而热负载和动态负载还不足够。这种火 花隙不适于在低压电网中使用。其中的外壳和触发电极的引线的动态承 载性同样也小。
发明内容
因此由前述内容出发，本发明的目的是，提出一种经改进的封装的、 耐压构成的、非严密密封的、旋转对称的大功率火花隙，其包括两个间 隔相对的主电极、 一个金属的外壳、至少一个触发电极、 一个被外壳包 围的气体或等离子冷却腔以及优选在端侧设置的用于主电极的电的连接
触点，与公知技术相比，所述火花隙将确保几乎双倍的沖击电流承受能 力，同时还保证简单的、技术上可掌控的结构，并且起到热气体的良好、 快速冷却的作用。
本发明的目的通过根据权利要求1的特征组合的火花隙得以实现， 其中从属权利要求至少描述符合目的的结构和改进。
所提出的大功率火花隙的最主要的部分在于，在具有堆叠状设置的 多个通气孔的蛇曲形冷却通道中的热气体的有效冷却、主动部件在火花 隙内部的耐压的实施方式以及中间腔和冷却腔在外壳内部的耐压的本身 封装的实施形式。
此外，本发明还涉及触发电位的绝缘的径向引入。
形件和外部的金属的杯形件构^，其中:主l极中的一个;皮构成为中空
在杯形件结构的开口侧设有在侧面包围吹出电极的支承环。支承环 耐压地、优选力锁合和/或形锁合地例如通过相应的螺紋对与外部的杯形 件连接。
同轴结构的外部的杯形件具有作为排气孔的侧面孔。在同轴结构的 内部杯形件和外部杯形件之间设有至少一个气体冷却通道。另一气体冷 却通道位于外部杯形件的外壁和外壳的内壁之间。该气体冷却通道作为 第一气体冷却通道具有缝隙状的、即较小的尺寸。
根据本发明的所提出的目的，大功率火花隙应允许较高的脉冲负载 或较强的限流，结果是，转换火花隙中的较多能量，由此产生较大量的 加热的气体或等离子。
因此为了避免在体积关系给定的情况下出现发光，必须实现气体的 较强的冷却和减压。这通过前述的同轴结构来实现，即通过较长的路径 和气体与冷却材料的较强烈的接触来实现。这种冷却材料具有大的热容、
良好的导热性和高的熔点。
除了较强的冷却外，所提出的火花隙还提高了燃烧率，而且燃烧颗 粒不会将已有的通气通道完全封闭。
在本发明的一种优选的设计中，蛇曲形的冷却通道逐渐由较大的、 扩散的横截面过渡到较窄的横截面。这会起到熔化的材料不会将冷却通 道完全堵塞。在冷却通道的其它区段上有意地设有一些区域，已经凝固 的材料对于通气来说可以毫无问题地沉积在这些区域中。
梯级地设置在冷却通道中的通气孔首先具有小的横截面，以避免发 光气体和熔化颗粒的排出，并且其横截面在冷却通道的进一步延伸过程 中才增大，由此可以利用在整个冷却通道中的流动和减压。
通过这些措施在冷却通道的起始区域中对各个通气孔的堵塞进行补偿。
在设计上，本发明的吹出电极在其朝向对应电极的上侧具有环形法 兰，具有互补的台阶的支承环贴靠在该环形法兰上。吹出电极的下侧封 闭，但具有侧面的排气口，下側补充地具有一个沿电极纵向定向的导向 凸起，其插入到内部杯形件中的互补的凹槽内。
在吹出电极的下侧区域中，在内部杯形件和导向凸起之间有至少一 个已提及的气体冷却通道，其伸入到内部杯形件的螺紋孔中，该螺紋孔 形成一个连接触点。
同轴结构的每一个杯形件都具有圆环状支承部分，其中内部杯形件 的圆环状支承部分支承在外部杯形件的圆环状支承部分中。
壳，而且例如通过巻边步骤构成。
在注意到前述结构的情况下，包括支承环和吹出电极的同轴结构的 耐压连接通过力锁合和/或形锁合、特别是通过螺紋连接来实现。
在主电极之间设有一个由产气材料、例如POM构成的套筒或盘，其 中支承环至少局部地在外圆周侧包围由所述产气材料构成的套筒或盘。
产气材料具有径向吹动电弧的功能。这被用于通过对电弧的冷却和 延长来限制续流。利用所述支承环的解决方案确保了对大的脉冲电流的 后果的控制。其中支承环可以导电或者绝缘地构成。总之产生的火花隙 组件的内部稳定是具有决定性作用的，更确切地说， 一方面通过负载的 均匀分布，另一方面通过机械特性的改善。
在现有技术的解决方案中，在火花隙内部的热气体减压区域中建立 的压力直接对主动的产气部件的区域起反作用。这一方面直接通过可穿 过堆叠部件的缝隙的气体进行，另一方面间接通过各个火花隙部件的相 互移动进行。这种移动特别是在气体排出不均匀并且在所有侧都排到减 压区域中时是关键的，因为这会导致不均匀的压力负载并由此导致各个 部件的应力集中和损伤。
通过根据本发明例如对减压腔的部件与下部的主电极的螺紋连接产 生本身耐压的冷却腔。该解决方案会引起压力作用或力作用到主动的产 气部件上的均勻分布，并且还避免了冷却腔和主动部件之间或电弧燃烧 腔和冷却腔之间的直接的气体流动。
在由产气材料构成的套筒或盘的与吹出电极背离的一侧设有一个触 发绝缘套筒，紧跟该触发绝缘套筒的是一个由导电材料构成的触发盘。 由导电材料构成的触发盘被接触环或接触套筒径向包围。
在带有接触环的触发盘的上方是皮碗状的绝缘体，该绝缘体确保触 发机构相对于火花隙的外壳以及相对于主电极电绝缘。
触发装置的接触环可以通过在径向对外壳进行有针对性的钻孔，通 过将位于其后的绝缘体穿透而被露出和电连接。由导电材料构成的触发
盘通过其内孔侧一直伸入到电弧燃烧腔上或伸入其中，从而确保火花隙 的可靠的引燃特性。
与吹出电极相对的另一主电极被构成为带有导向凸起的优选实心的
(vollvolumig )盘。该导向凸起具有用于连接接触的螺紋孔。
在所述另一主电极的盘中心是由特别耐燃的材料、例如钨铜合金构 成的栓形部分。该栓形部分例如通过钎焊与所述另一主电极的盘连接。 对由绝缘体与位于绝缘体之上的带有导向凸起的盘形式的主电极构成的 结构这样选择，使得绝缘体的穿孔与栓形部分的外直径相匹配，从而燃 烧只在栓形部分的区域中发生。
另 一皮碗状的绝缘体套装在作为带有导向凸起的盘的主电极的导向 凸起上，其中在一种优选的变形方案中，该绝缘体也在侧面包围主电极 的盘。
在盘式主电极和绝缘体之间设有密封件，特别是密封环。
和螺紋连接的:承^^同轴结构出发构成为基本j!堆叠状的7其中首先 只在一侧巻边的中空圆筒形外壳容纳堆叠结构。通过在仍然开口的一侧 上的巻边对火花隙的堆叠结构的各个预装组件进行压紧并使它们机械接 触，从而总体上产生非常高的机械稳定性和随之而来的承载能力。
大的结构空间。相对于燃烧时的污染物的状况也得到了改善，由此即4吏 对必需的绝缘部分造成污染或轻度损伤时也仍然可保持引燃可靠性。但 在此需要说明，还可以省去触发电压的径向引入，同时保持直接的所谓 的外壳触发的使用或应用。
下面借助实施例以及参考附图对本发明加以详细说明。
图中示出
图1为本发明的带有本身耐压的冷却腔的大功率火花隙的纵剖—见图； 图2为在组装火花隙时以可见的堆叠状布置的各个部件的分解^f见图。
具体实施例方式
在根据图1的火花隙中，主动部件和被动部件设置在外壳1的内部。
首先，为了形成耐压的冷却腔，设有内部的杯形件14，杯形件14 以用于保持气体冷却通道17的间隔被外部的杯形件15包围。
各主电极中的一个作为中空圆筒形的吹出电极3的电极伸入到杯形 件14的腔内部中。
在杯形件结构的开口侧设有在侧面包围吹出电极3的支承环12。支 承环12具有与外部杯形件15上的内螺紋相对应的外螺紋(见图2)。
在外部的杯形件15上设有侧面的排气口 16，其中在内部杯形件14 和外部杯形件15之间至少构成有前述的气体冷却通道17，以及在外部杯 形件15的外壁和外壳1的内壁之间设有另一个呈缝隙状的气体冷却通道18。
吹出电极3在其朝向对应电极2的上侧具有环形法兰13,具有互补 的台阶的支承环12贴靠在该环形法兰上。
吹出电极3的下侧封闭，但具有侧面的排气口 19。
此外，吹出电极3的下侧具有导向凸起20，其插入到内部杯形件14 中的互补的凹槽21内。
在吹出电极3的下側区域中，在内部杯形件和导向凸起20之间，同 样至少设有一个气体冷却通道22,其伸入到内部杯形件14的螺紋孔23 中。该螺紋孔23形成例如为螺旋触点的连接触点24的一个元件。
同轴结构的前述杯形件14,15中的每一个都具有圆环状支承部分25, 26，其中内部杯形件14的圆环状支承部分25支承在外部杯形件15的直 径适配的圆环状支承部分26中，并且外壳1形锁合地贴靠在外部杯形件 15的圆环状支承部分26的区域中。其中通过在冲压变形过程中的巻边来 实现形锁合。
由根据图l的纵剖视图可见，气体冷却通道的横截面从内向外减小， 结果是，在通道结构的起始区域中的沉积物不会妨碍流动和冷却特性。 通过设有多个通向大气环境的压力平衡连接部，与此有关的开口中的一 个开口的可能的堵塞也不会引起问题。这种通向大气环境的开口可以在 巻边区域中构成，或者经由通道22经过导向凸起2通过带有插入到那里 的螺栓的螺紋对的螺紋孔23来实现。
在主电极2和3之间设有由产气材料、例如POM构成的套筒或盘4, 从而在电弧引燃时径向吹动该电弧。
其中支承环12至少局部地在外圆周侧包围由排气材料构成的套筒或 盘4并使其稳固。
在由产气材料构成的套筒或盘4的与吹出电极3背离的一侧设有触 发绝缘盘5。紧跟该具有阶梯状横截面的触发绝缘套筒5的是由导电材料 构成的触发盘6。圆环状的触发盘6被由导电材料构成的接触环7径向包 围。
在带有接触环7的触发盘6的上方是皮碗状的另 一绝缘体8，该绝缘体确保触发机构6和7相对外壳1以及朝主电极2的方向的电绝缘。
与吹出电极3相对的另一主电极2被构成为带有导向凸起28的盘27 的形式。
导向凸起28具有用于连接接触的螺紋孔29。
在盘27的中心是由特别耐燃的材料例如钨铜合金构成的栓形部分9。
同样为皮碗状的绝缘体11套装在所述另一主电极2的导向凸起28 上，其中根据图i的实施方式，该绝缘体11在侧面包围主电极2的盘27。
在盘式主电极2和绝缘体11之间设有特别是密封环形式的密封件。 与内部杯形件14的贯通的螺紋孔23相反，螺紋孔29是个盲孔，从而只 在此处才有气体密封性。
为了电接触触发盘6，可以在径向对外壳l进行有针对性的钻孔，更 确切地说，将位于其后的绝缘体8穿透并且局部露出接触环7。
例如，当从外壳1的巻边外边缘测量，火花隙的长度约为40mm时， 钻孔直径约为5至6mm，其中钻尖为140°。由此不会危及整个火花隙的 稳定性和耐压性。
前述大功率火花隙可以实现将约为25KA的沖击电流承受能力加倍 为50KA，同时保持高的点燃可靠性和优化的气体冷却特性。
如图2所示螺紋连接的由支承环12、吹出电极3、内部杯形件14和 外部杯形件15构成的结构具有高的稳定性以及高的热容。此外，通过借 助中间腔形成的冷却通道实现热气与螺紋连接的结构中的优选金属的部 件的紧密接触，结果实现前述的优化的冷却，同时使气体减压。
权利要求
1.封装的、耐压构成的、非严密密封的、旋转对称的大功率火花隙，包括两个间隔相对的主电极、一个金属的外壳、至少一个触发电极、一个被外壳包围的气体或等离子冷却腔以及优选在端侧设置的用于主电极的电的连接触点，其特征在于冷却腔由内部的杯形件(14)和外部的杯形件(15)的同轴结构构成，其中各主电极中的一个被构成为中空圆筒形的吹出电极(3)并且伸入到内部的杯形件(14)中，此外，在杯形件结构的开口侧设有一个在侧面包围吹出电极(3)的支承环(12)，并且支承环(12)与外部的杯形件(15)耐压地连接；外部的杯形件(15)具有侧面的排气孔(16)，并且在内部的和外部的杯形件(14；15)之间设有至少一个气体冷却通道(17)，以及在外部的杯形件(15)的外壁和外壳(1)的内壁之间有一个另外的缝隙状的气体冷却通道(18)。
2. 如权利要求l所述的火花隙，其特征在于吹出电极(3)在其朝 向对应电极(2)的上侧具有一个环形法兰(13)，具有互补的台阶的支 承环(12)贴靠在该环形法兰上，吹出电极(3)的下侧是封闭的，但包 括侧面的排气口 (19),所述下侧具有一个导向凸起(20),该导向凸起 插入到内部的杯形件(14)中的互补的凹槽(21)内。
3. 如权利要求2所述的火花隙，其特征在于在吹出电极(3)的下 侧的区域中，在内部的杯形件(14)和导向凸起(20)之间有至少一个 气体冷却通道(22),该气体冷却通道伸入到内部杯形件(14)的一个形 成连接触点(24)的螺紋孔(23)中。
4. 如前述权利要求中任一项所述的火花隙，其特征在于所述同轴 结构的每一个杯形件(14; 15)具有一个圆环状支承部分(25; 26)，其 中内部的杯形件(14 )的圆环状支承部分(25 )支承在外部的杯形件(15 ) 的圆环状支承部分(26 )中，外壳(1)形锁合地紧贴在外部的杯形件(15 ) 的圆环状支承部分(26)的区域中。
5. 如前述权利要求中任一项所述的火花隙，其特征在于包括支承 环(12)和吹出电极(3)的同轴结构(14; 15)的耐压连接通过力锁合 和/或形锁合、特别是通过螺紋连接来实现。
6. 如前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)之间设有一个由产气材料构成的套筒或盘(4)，其中支承环(12)至少局部地在外圆周侧包围所述套筒或盘(4)。
7. 如权利要求6所述的火花隙，其特征在于在由产气材料构成的 套筒或盘(4)的、与吹出电极(3)背离的一侧上，设有一个触发绝缘 套筒(5 )，紧跟该触发绝缘套筒的是一个由导电材料构成的触发盘(6 )， 该触发盘(6) ^皮接触环径向包围。
8. 如权利要求7所述的火花隙，其特征在于在带有接触环(7)的 触发盘(6)的上方有一个皮碗状的绝缘体(8),该绝缘体确保所述触发 机构(6; 7)相对于外壳(1)以及相对于主电极(2)电绝缘。
9. 如权利要求8所述的火花隙，其特征在于与吹出电极(3)相对 的另一主电极(2)被构成为带有导向凸起(28)的盘(27)，该导向凸起(28)具有一个用于连接接触的螺紋孔(29)，并且在盘中心有一个由特 别耐燃的材料构成的栓形部分(9)。
10. 如权利要求9所述的火花隙，其特征在于设有另一皮碗状的绝 缘体(11)，该绝缘体套装在所述另一主电极(2)的导向凸起(28)上， 该绝缘体(11)也在侧面包围主电极(2)的盘(27)。
11. 如权利要求10所述的火花隙，其特征在于在盘式主电极(2) 和绝缘体(11)之间设有密封件(10),特别是密封环。
12. 如权利要求7至11中任一项所述的火花隙，其特征在于触发 装置的接触环(7)可以通过对外壳(1)进行径向的有针对性的钻孔并 且通过将位于其后的绝缘体(8)穿透而露出。
全文摘要
本发明涉及一种封装的、耐压构成的、非严密密封的、旋转对称的大功率火花隙，包括两个间隔相对的主电极、一个金属的外壳、至少一个触发电极、一个被外壳包围的气体或等离子冷却腔以及优选在端侧设置的用于主电极的电连接触点。按本发明冷却腔由内部的和外部的杯形件的同轴结构构成，各主电极中的一个被构成为中空圆筒形的吹出电极并且伸入到内部的杯形件中。此外在杯形件结构的开口侧设有在侧面包围吹出电极的支承环。支承环耐压地、特别是力锁合和/或形锁合地与外部的杯形件连接。同轴结构的外部的杯形件具有侧面的排气孔。在内部的和外部的杯形件之间设有至少一个气体冷却通道。在外部的杯形件的外壁和外壳的内壁之间有另一缝隙状的气体冷却通道。气体冷却通道自身具有总体上蛇曲状的路径。
文档编号H01T4/10GK101189770SQ200680019387
公开日2008年5月28日 申请日期2006年4月21日 优先权日2005年5月30日
发明者A·埃尔哈特, S·希尔 申请人:德恩及索恩两合股份有限公司