CN101208759A - 具有笼状结构的电涌放电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电涌放电器，其具有至少一个变阻器单元(1)；端部件(3)；增强元件(9)，用于在拉伸载荷下将变阻器单元(1)保持在端部件(3)上；和至少一个紧固元件(27)，用于在拉伸载荷下将增强元件(9)保持在端部件(3)上的，其中紧固元件(27)具有切入增强元件(9)的至少一个边缘(29)。紧固元件(27)优选为切断环接头。

Description

具有笼状结构的电涌放电器

技术领域

如从JP 62-149511(申请号)中的示例所知，本发明涉及一种具有笼状结构的电涌放电器。

背景技术

在电力供应系统中，电涌放电器连接在加压电缆与接地部分之间，以便在线路发生过压时将过压疏散到接地部分，从而保护电力供应网络中的其他零件。像这样的电涌放电器包含被保持在两个连接元件之间的变阻器单元的堆叠结构。这种布置被容纳在壳体中。

为了确保即使在机械载荷作用时所述变阻器单元也可以互相之间保持良好接触，所述堆叠结构必须在压力下被保持在一起。在像这样的具有笼状结构的电涌放电器中，这通过增强元件实现，增强元件通常为杆或缆线，且优选为玻璃纤维增强塑料杆(GFC杆)，并通过两个端部件拉伸保持。

像这样的电涌放电器的一个问题为，将所述增强元件牢固地连接到所述端部件，使得即使在承受机械载荷的情况下，例如在电涌放电器安装在户外的情况下，也可以保持必要的强度。

在所引用的日本专利申请中，这一问题通过在端部件中沿变阻器单元的堆叠方向设置凹槽来解决，所述增强元件插入所述凹槽中，其中增强元件的一端装配有其上拧有螺母的螺纹，该螺纹的直径大于端部件中凹槽的直径，因此基本通过互锁连接来保持增强元件。

虽然这样允许以有效的方式设计电涌放电器，但这会导致的问题在于，使螺纹切入用作增强元件的GFC杆而又不损害杆。这样既复杂又昂贵。

从欧洲专利申请EP 93915343.3中获悉了另外的选择，这是关于增强元件如何能够紧固在电涌放电器的端部件上。具体地，这一文献提出，通过销或螺钉将增强元件牢固保持，所述销或螺钉垂直于增强元件的纵向延伸，并通过穿过杆的无螺纹孔。然后，所述销或螺钉被保持在端部件中的适当的凹进或螺纹孔中。

尽管沿垂直于用作增强元件的GFC杆的延伸方向的方向上形成孔比在其中切制螺纹容易得多，但这种构造导致的风险是，增强元件在该孔的区域中被削弱而撕裂。

此外，该引用的欧洲专利申请也公开了通过楔将增强元件固定在端部件中的选择。为此，沿变阻器单元的堆叠中心方向渐缩的楔被定位在每个增强元件与端部件的对应倾斜表面之间，且两者通过由端部件外部分施加的径向压力保持在一起。如果拉伸载荷施加到增强元件上，则静摩擦导致楔被拉到一起，从而确保增强元件通过在相关的楔与端部件之间的摩擦锁定或压配合而被保持。

另外，DE 19940939公开的将增强元件保持在端部件中的选择为，将沿变阻器单元堆叠中心方向锥形渐缩并具有移动侧壁的套筒插入端部件中的锥孔中，而作为夹紧套筒的套筒在拉力下通过摩擦锁定连接或压配合连接牢固保持相关的增强元件，其方式类似于已引用的欧洲专利申请的方式。

最后，WO 00/55869提出，增强元件在其端部设置有卷曲套筒，从而以这样的方式阻止增强元件通过导槽滑入端部件。

在所有以上提到的文献中，增强元件通过摩擦锁定或压配合而被保持在端部件中，其难以施加必需的拉伸强度。特别是当电涌放电器受到弯曲载荷时，在电涌放电器的一侧产生很强的拉伸力。

由于卷曲套筒必须当在拉力下保持增强元件时使用，因此难以制造具有卷曲套筒的电涌放电器。卷曲过程还可能导致所述杆相对明显的损伤。

在那些通过螺钉将增强元件保持在端部件中的电涌放电器中，在螺钉的区域，不得不使增强元件被显著削弱。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供这种普通类型的具有笼状结构的电涌放电器，其易于制造并确保增强元件被牢固地紧固在端部件中。

这一目的通过根据权利要求1的电涌放电器实现。各从属权利要求涉及本发明进一步的有利改进。

附图说明

本发明将在下文中参照附图进行详细描述，在附图中：

图1示出了这种普通类型的电涌放电器的整体图，其中，其外部壳体被部分切除；

图2示出了根据本发明的具有端部件的电涌放电器的笼状结构的分解视图；

图3示出了沿图2中的线A-A的截面图；

图4示出了在图2和图3中所示的根据本发明的电涌放电器中所使用的具有切断环的紧固元件的原理；

图5示出了根据本发明的电涌放电器的作为替换的增强结构；和

图6示出了具有如图5中所示切割元件的杆的详细视图。

具体实施方式

如图1中所示的具有笼状结构的电涌放电器包含至少一个变阻器单元1。已知的具有压敏电阻(可变电阻)的陶瓷板可以用作变阻器单元1。当电压低时，陶瓷板用作接近完美的绝缘体，而在高电压时其具有高导电性。通常，可用的变阻器单元基于氧化锌(ZnO)制成。但是，本发明并不限于这种类型的氧化锌电涌放电器，变阻器单元也可以使用其他的金属氧化物，以及例如碳化硅。进一步地，除了变阻器单元1以外，例如金属单元或放电单元的另外的单元可以包括在堆叠结构中，这样是为了使所述电涌放电器的长度适应于相应的目的要求。

通常的变阻器单元1的形式为柱形，其直径例如为5cm，其高度约为4cm。未详细示出的铝电极被置于变阻器单元1的两侧以确保更好的接触。为了进一步改善接触，同样常见的是，将未示出的薄铝盘置于变阻器单元1之间。

在图1所示的电涌放电器中，通过将例如这样的变阻器单元1以及可能的金属单元相互上下堆叠而形成的堆叠结构，被保持在两个端部件3之间。端部件3通常由铝或不锈钢形成，并被设计为可易于包括在现有的电设备或电力供应网络中，例如，通过从所述电涌放电器突出并与变阻器单元1保持良好电接触的中心螺钉4而进行设计。

为了环境保护，这些电涌放电器由外部壳体5包围，该外部壳体5通常由硅树脂形成。该壳体可以通过喷制或铸造而形成。

为了增加电流漏电距离，在壳体5的外侧上形成分隔部7。

如已描述的一样，像这样的电涌放电器在用于户外环境时容易受到相当大的弯曲力矩。因此必须确保即使在加载相对较大的机械载荷时，在变阻器单元1与端部件之间也保持接触。为了实现这一目的，玻璃纤维增强塑料杆或缆线9通常作为增强元件被夹在两个端部件3之间。这些增强元件在拉伸载荷下使变阻器单元1在两个端部件3之间被保持在一起。进一步地，弹簧元件有时也会插入变阻器单元1的堆叠结构中，这样是为了即使在温度波动或类似的情况下也确保接触。

在下文中，紧固元件被称为杆9，而这并不意味着被视为是对本发明的限制。

图2示出了根据本发明第一实施例的电涌放电器的“笼状结构”。为了更好地说明，变阻器单元1和所述堆叠结构的其他零件被省略。为了说明本实施例，两个端部件3中的一个以分解的形式图示。图3示出了沿线A-A的截面图。

在图2和3中，八个杆9沿端部件3的周长等角度间隔排列。

端部件3本身包含第一部分3A和第二部分3B。第一部分3A具有用于玻璃纤维增强杆9的八个无螺纹孔11，并同样具有用于夹紧螺钉15的八个螺纹孔13A，无螺纹孔11和螺纹孔13A沿端部件第一部分3A的圆周交替地排列。夹紧螺钉连接部和杆9的准确数量可以根据需要由本领域技术人员选择。原则上，可以只用一个夹紧螺钉和/或只用一个(中心)杆，例如当变阻器单元1为环形时。但是，优选地采用将三个或更多杆沿端部件的圆周分布的结构，其中，变阻器单元1的形式为(圆)柱状盘。

在图2和3中所示实施例中的第二部分3B具有：八个对应的通孔13，用于夹紧螺钉15；和八个凹进17，其仅在一侧开口，用于保持杆9的上端。

端部件3的第一部分3A的形式为具有中心孔19的环。第二部分3B在其中心具有可接合于第一部分3A的环中的引导管21。引导管21在其内部自身设置内螺纹23，另一大螺钉25或栓能够拧入内螺纹23，并在组装后将变阻器单元1的堆叠结构牢固保持在一起，其中所述杆承受拉伸载荷。

紧固元件27被安装到每个杆9的每一端。这种紧固元件27与杆9牢固地连接，并确保杆9在受到拉伸载荷时保持牢固地紧固在端部件3中。

这些紧固元件27中的一个在图3和4中以截面的形式示出。这些图也示出了在此优选实施例中，这种紧固元件27与端部件的第二部分3B和第一部分3A如何相合。

如在图3中所见，端部件的第一部分3A中的无螺纹孔13具有在变阻器单元1一侧上的第一狭窄部分和在第二部分3B一侧上的第二宽阔部分，这两部分通过锥部分互相连接。尽管图3中示出了锥部分，但这不是必要的，同样可以使用简单的台肩或台阶。无螺纹孔11应被设计为在其狭窄部分中紧密地围绕杆9，从而使其在其宽阔部分中局部保持紧固元件27。为了允许紧固元件27以互锁的方式稳固牢靠地保持在端部件3中，锥部分或台肩被设计为与紧固元件27的外轮廓互补。

端部件的第二部分3B中的凹进17同样地设置有在面向第一部分3B的开口侧上的宽阔的第一部分，并在其封闭端设置有锥形的渐缩部分。凹进17和无螺纹孔11的尺寸大小使其能够以互锁的方式保持紧固元件27。这在图3的底部显示。

作为示例，在市场上销售的“Ermeto螺纹部件”可以作为紧固元件27使用，这种部件从20世纪30年代就已出现。

像这样的Ermeto螺纹部件在工程上用于液压管的连接，而且可由Parker-Ermeto公司生产销售。

在这种情况下，紧固元件27具有至少一个边缘29，边缘29处于杆9上并沿与拉伸载荷方向相反的方向倾斜。

图4示出了根据本发明的紧固元件27的本实施例的详细视图。

所示的紧固元件27的实施例包括三部分，第一切断环元件27A，夹紧套筒27B和第二切断环元件27C。两个切断环元件27A和27C在所示实施例中外形相同，并包括内径与杆9的外径匹配的套筒。在所示实施例中，在任何情况下，两个切断环29或边缘都形成在切断环元件27A、27C的套筒内侧，并在使用时切入杆9的表面。所述边缘优选为沿着与预期的拉伸载荷方向相反的方向倾斜。切断环元件27A、27C的材料具有一定量的弹性。所述切断环可以设置有槽。

切断环元件27A，27C的外部轮廓在切断环的区域内为锥形，其直径沿预期的拉伸载荷方向增大。

夹紧套筒27B具有锥形渐缩的内部形状，其与切断环元件27A、27C的外部轮廓互补。当夹紧套筒27B与切断环元件27A沿杆9的轴向接合并被推在一起时，通过切断环元件27A的外部轮廓与夹紧套筒27B的内部形状的互补倾斜，所述切断环被驱动进入杆9并切入杆9。因此，切断环的角度位置导致杆9与切断环之间的互锁连接，这种互锁连接当拉伸载荷施加在杆上时会达到更大的程度，从而保持得更加稳固。这种众所周知的切断环原理从20世纪30年代就已用于液压管路连接，这样确保了紧固元件27在受到拉伸载荷时以极好的方式保持在杆9上。

如已提到的，图4示出了第二切断环元件27C。没有为此切断环元件27C设置专门的夹紧套筒，这是因为这一任务通过在端部件的第二部分3B中的凹进17得以实现。

在图4中，每个切断环元件27A，27C均具有两个切断环29。只有一个切断环的结构或具有三个或更多切断环的结构也是可以的。

切断环元件27A，27C被设计为，在切断环元件27A，27C朝向预期的拉伸载荷方向的那一端的内侧上平滑，并在外部轮廓中通过相对较陡的第二锥部闭合，所述锥部的直径沿预期的拉伸载荷方向减小。

此第二锥部关联到夹紧套筒27B的对应部分或端部件3的第一部分3A中的无螺纹孔11的对应部分。通过切断环元件27A、27C的这种变形形状，导致切断环元件27C与夹紧套筒27B的轴向夹紧和/或切断环元件27A与端部件3的第一部分3A的轴向夹紧，且这导致切断环元件27A、27B和杆9之间的压配合(force fit)的连接。在用于管路连接的切断环技术中，这些切断环用于液压流体的附加密封。

尽管这种压配合连接也有助于将杆9保持在紧固元件27中，但其重要性对于本发明而言是次要的，并且也可完全没有。示例性地，不需要在切断环元件27A、27C上形成第二锥部。这样，在无螺纹孔11上的夹紧套筒27B也可以设计为不具有互补的第二锥部，例如可具有简单的台肩或台阶。

由于切断环29没有非常深地切入杆9，因而这种切断环连接可以避免导致杆9弱化的严重损害。进一步地，如图4中所示，多个切断环29可以相互前后布置。

如图1-4中所示，为了装配根据本发明的电涌放电器，变阻器单元1以及可选地还有金属单元的堆叠结构布置在两个端部件3的第一环形部分3A之间。然后，杆9穿过为此设置在端部件3的第一部分3A中的无螺纹孔11。

在所述堆叠结构的一侧上，杆9被定位为具有标准长度，且紧固元件27被推进。然后端部件的第二部分3B被设置在这一侧。端部件的第一部分3A和第二部分3B通过第一夹紧螺钉15被彼此牢固夹紧，第一夹紧螺钉15延伸穿过端部件的第二部分3B的无螺纹孔13并接合在端部件的第一部分3A的螺纹孔13A中。如图2所示，端部件的两部分被设计为将紧固元件27完全保持在对应的凹进中，并环绕紧固元件27。

然后，夹紧螺钉25被拧至穿过端部件中的中心开口，并保持在变阻器单元1上或者在由铝或不锈钢制成且位于最上面的变阻器单元1与端部件3之间的凸轮盘(cam disk)上。

然后，在杆9的与变阻器堆叠结构相对的一侧设置紧固元件27。

另外在这种情况下，如已经论述的那样，端部件3的第二部分3B通过第一夹紧螺钉11被装配并紧靠第一部分3A夹紧。

第二大夹紧螺钉25被驱动穿过端部件3的中心螺纹，从而保持在对应的凸轮盘或最上面的变阻器单元上。下方和上方的中心大夹紧螺钉25使用转矩扳手拧紧，使得变阻器单元的堆叠结构以限定的压力保持在一起。

而且，通过这种方式所形成的所述笼状结构设置有外部壳体。这优选地通过对变阻器单元的堆叠结构、杆9和端部件3进行挤出涂敷或封装来实现。已发现，低粘性硅树脂适于作为所述塑性外部壳体的材料。像这样的低粘性硅树脂可在市场上购买，而且在现有技术中已用于壳体。

分隔部7可在壳体5形成的同时铸造在壳体5上。作为对此的替代方案，可首先将壳体设计为筒状，然后单独制造分隔部7。然后，分隔部7可通过机械张力释放和/或通过胶粘合被安装到壳体5。显然，分隔部7的单独安装表示额外的步骤，这增加了电涌放电器的成本，但这可以避免沿电涌放电器的纵向接缝，在纵向接缝处会由于积尘而产生漏电流。

图5示出了根据本发明的电涌放电器的替换实施例。

与图2-4中所示实施例不同的是，杆9不具有圆形的横截面。图5中所示的杆9的形状与变阻器单元1的堆叠结构的外部轮廓匹配。因此，由于杆9对于相同的拉伸强度而较细，电涌放电器的外部壳体5整体上可被设计得更薄。这是有利的，因为低粘性硅树脂价格昂贵。

不过，当使用像这样的例如圆弧形形式的玻璃纤维增强杆9时，切断环连接的原理必须修改为，设置一个或多个在轮廓上与杆9匹配的切割刃31，以代替围绕所述杆的一个连续的切断环。这在图5中以截面形式示出。

图6详细示出了本实施例中端部件3和紧固元件27的进一步的细节。

在图5和6示出的实施例中，端部件3再次形成为两部分。内部分3C设计为环形或空筒的形式，并具有使夹紧螺钉25可延伸穿过的内螺纹31。如图6中所见，导槽优选为沿此内部分形成，且导槽的轮廓对应于杆9轮廓。端部件的内部分3C由杯状形式的端部件的外部分3D围绕，所述杯的内径与在所述槽的外部区域内的内部分的外径匹配。形式为杯状的外部分3D被设计为具有轻微的锥度，其沿预期的拉伸载荷方向渐缩，也就是说，其朝向变阻器单元1的堆叠结构的中心而渐缩。楔33安装在杆9与端部件外部分3D之间，且同样朝向变阻器单元1的堆叠结构的中心渐缩。

一个或多个切割刃29相对于杆9的纵向而横向形成在楔33的面向杆9的一侧上，且这些切割刃29与预期拉伸载荷方向的相反方向成锐角，并且朝向变阻器单元的堆叠结构的中心。同样地与玻璃纤维增强杆9的形状匹配的互补的切割刃29A可以形成在端部件的内部分3C中的导槽中，但其未在图中示出。

多个切割刃29优选为既形成在楔33上，又形成在端部件3的内部分上。

当受到拉伸载荷时，杆9一方面通过楔33以压配合被保持在端部件的内部分3C与外部分3D之间。另一方面，杆9进一步通过切割刃29以互锁的方式被保持，其中切割刃29一方面在楔33与杆9之间，一方面在端部件的内部分3C与杆9之间。

本实施例比图2-4中所示实施例有利的是，其简化了装配过程。一旦两个端部件3已经设置了杆9并被布置为围绕变阻器单元的堆叠结构，则楔33可以被驱动穿过杯状形式的端部件外部分3D的底面上的合适的开口37。一旦楔33被驱动进入，则整个结构可以通过穿过端部件内部分3C的中心的夹紧螺钉25对其施加需要的压力。

然后，像图2-4所示实施例一样，安装塑料外部壳体5。

尽管图5和图6所示实施例示出了端部件的内部分3C形成有导槽35，但这并不是必须的。作为其替换方案或除此之外，端部件的外部分3D也可装备有导槽，或者，可完全省略导槽35。但是，在这种情况下，在端部件的内部分与外部分之间保留有间隙，此后在形成壳体5时必须在所述间隙中填充硅树脂弹性体。

根据进一步优选的改进方案，可另外使用粘合剂，以使端部件中的杆9更安全。例如，在最近论述的实施例的情况下，在端部件的外部分与内部分之间的间隙可填充粘合剂，直到此间隙被完全填充粘合剂为止。

尽管本发明的优选实施例已在上文中进行了描述，但本发明并不仅限于这些实施例。具体地，切削刃或切断环的数量可以根据需要自由选择。对于通过切入所述杆的外层的切断环的互锁连接而言，除此之外或者作为替代，当预期没有过度的拉伸载荷时，使用柔性切断环也允许通过对杆表面无损的夹紧来实现压配合连接。作为示例，这是针对以下情况的，即，电涌放电器没有设置有直接安装的壳体5，而是被插入由玻璃纤维增强塑料形成的管中或插入陶瓷壳体中，即所称的具有管状结构的电涌放电器。在这种情况下，相当大比例的机械力被所述管自身吸收，而杆只用作附加的稳定元件，使得预期的拉伸载荷被减小。

虽然在所示的实施例中，将杆紧固到端部件上总是以相同方式在变阻器单元的堆叠结构的两例上实现，但这不是必须的。作为示例，也可使用缆线来代替玻璃纤维增强杆，这样，缆线越过台肩以固定所述端部件之一，并由根据本发明的仅用于相对的端部件的紧固元件固定。

Claims (11)

1.一种电涌放电器，其具有：

至少一个变阻器单元(1)；

至少一个端部件(3)；

至少一个增强元件(9)，其将所述变阻器单元(1)牢固保持在所述端部件(3)上；

至少一个紧固元件(27)，其将所述增强元件(9)牢固保持在所述端部件(3)上；

其特征在于

所述紧固元件(27)具有切入所述增强元件(9)的至少一个边缘(29)。

2.根据权利要求1所述的电涌放电器，其特征在于：所述变阻器单元由金属氧化物形成，且优选地由氧化锌形成。

3.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于：所述端部件(3)由金属形成，且优选地由铝形成。

4.根据前述权利要求之一所述的电涌放电器，其特征在于：所述电涌放电器包括具有分隔部(7)的壳体(5)。

5.根据前述权利要求之一所述的电涌放电器，其特征在于：所述增强元件(9)为玻璃纤维增强塑料杆或缆线，其在拉伸载荷下将所述端部件(3)与所述变阻器单元(1)保持在一起。

6.根据权利要求5所述的电涌放电器，其特征在于

所述紧固元件(27)的边缘(29)为切断环，其围绕所述玻璃纤维增强塑料杆或缆线并切入所述玻璃纤维增强塑料杆或缆线的表面。

7.根据权利要求5所述的电涌放电器，其特征在于：所述紧固元件(27)为楔(33)，其与所述端部件(3)上的对应倾斜表面相合，所述边缘(29)在所述楔(33)的朝向所述增强元件(9)的一侧上具有切割刃的形式，并且当受到所述楔(33)和所述倾斜表面的拉伸载荷时切入所述增强元件(9)。

8.根据前述权利要求之一所述的电涌放电器，其特征在于：多个边缘(29)形成在一个紧固元件(27)上，并与所述增强元件(9)相合。

9.根据权利要求1所述的电涌放电器，其特征在于：所述紧固元件(27)以互锁的方式连接到所述增强元件(9)并连接到所述端部件(3)。

10.根据前述权利要求之一所述的电涌放电器，其特征在于：所述边缘(29)沿与所述拉伸载荷相反的方向切入所述紧固元件(27)。

11.根据权利要求7所述的电涌放电器，其特征在于：所述增强元件为由玻璃纤维增强塑料材料形成的管状部分。

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