CN104252991B - 用于高压断路器的接触销，及其生产方式以及具有接触销的高压断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压断路器的接触销，所述接触销具有由铜制成并且通过挤出制备的套(1)，所述套(1)具有正向端(2)、反向端(3)以及两端处的开口(9，13)，其中所述正向端(2)处的开口(9)的清晰的横截面小于所述套(1)的反向端(3)处的开口(13)，其中，设置在套(1)的正向端(2)处的套(1)的区段(6)中的壁厚度超出套(1)的中心区段(7)中的壁厚度，其中套(1)的外围尺寸未增加。套(1)具有附接至其正向端的接触件(4)，接触件(4)由下述材料构成，所述材料具有高于铜的对抗当所述高压断路器切换时产生的电弧的所述影响的抵抗力。

Description

用于高压断路器的接触销，及其生产方式以及具有接触销的 高压断路器

技术领域

本发明涉及一种用于高压断路器的接触销，及其生产方式以及具有接触销的高压断路器，属于电气领域。

背景技术

已知，在高压断路器中使用了电接触装置，所述电接触装置由管状接触件和接触销构成，所述接触销在断路器闭合时接触管状接触件的端部。在高压断路器中，重要的是切换操作需迅速完成，以便确保当断路器断开时，在管状接触件和接触销之间展开的电弧尽可能快地断开，并且确保当断路器闭合时，在管状接触件和接触销之间展开的电弧通过接触销撞击在相对的接触件上而尽可能快地熄灭。

已知，接触销由铜制销制得，并且后者提供有由铜-钨复合材料制成的接触顶端，以便在电弧效应下最小化接触顶端的接触材料的损耗。

在一方面，高压断路器断开和闭合的速度可由有待加速的接触销的惯性质量来确定，并且在另一方面，可由高压断路器的切换应为免弹跳的大体要求来确定。待加速的接触销的惯性质量越大，用于接触销的驱动越复杂。

为了实现短切换时间，已知通过赋予铜销中空设计来降低接触销的质量。由于铜为相对较软的金属，所以不可能使用中空设计将铜销的质量降低到所需程度，因为，否则接触销将不再经得起切换操作期间导致的机械应力。

为了克服此缺点，已知用坚硬的铜合金来制备中空铜销。然而，这在基质上有缺点。也就是说，与纯铜的电导率相比，铜中微量的坚硬的合金组分已经导致电导率的显著降低。由于上述原因，当使用坚硬的铜合金时必须增加接触销的横截面，以便实现与利用纯铜制接触销的情况相同的载流量。

此外，已知使用钢制中空接触销代替铜制销来作为接触顶端的支撑。然而，缺点还在于钢的电导率显著低于铜的电导率。

发明内容

本发明的目的是找到能够以单一方式和高性价比方式来降低用于制备高压断路器中的接触销所必需的工作量和降低高压断路器中的移动接触销的驱动力的方法。

根据本发明，使用具有权利要求1中提出的特征的接触销来解决此问题。用于根据本发明的接触销的制备方法为权利要求16的主题。根据本发明的高压断路器为权利要求21的主题。本发明的有利改进为从属权利要求的主题。

用于高压断路器的接触销具有由铜制成的并且通过正向挤出整体地制备的套，所述套具有正向端、反向端和两端处的开口，套的正向端处的开口的清晰横截面小于套的反向端处的开口的清晰横截面，其中在设置在套的正向端处的套的区段中，套的壁厚度超出套的中心区段的壁厚度，而套的外围尺寸(外径)未增加。套的正向端具有附接到其的接触件，所述接触件由下述材料构成，所述材料具有高于铜的对抗当高压断路器切换时产生的电弧的不利影响的抵抗力。

这具有重要的优点：

–由于移动接触销的较低质量，需要用于移动接触销的驱动的能量可降低。这还降低了需要用于实现驱动的工作量。

–由于在其正向端具有大于邻近其设置的中心主区段的壁厚度，所以该套提供了用于将接触件附接到其并且用于连接(具体地讲，通过硬钎焊或焊接)接触件的足够大的面积。

–通过在铜销的正向端处设置一开口，可部分地补偿由增加套的正向端处的壁厚度所导致的质量的局部增加。

–在套正向端处提供的开口有利于套的制备并且允许通过正向挤出的高效的和高性价比的制备，结果获得了具有高维度精确性的产品。

-根据本发明的接触销允许以单一方式和高性价比方式来减少高压断路器的切换操作的持续时间。

-在其背向接触件的端部处，套优选地具有如下区段，所述区段的外径超出其剩余长度的外径。在此反向区段处，可形成用于连接馈电线的结构。因此，可易于实现的是，所需的馈线直接端接在套的反向区段处，由此低电阻得到保证。若不是在套的整个长度上执行正向挤出工序，而是在到达铜管的反向端之前的一段长度上完成，则在正向挤出期间易于实现铜套的具有较大外径的反向区段，由此并不需要任何单独的工序步骤即可使接触销具有较大外径的反向区段。

使用根据权利要求14的方法来制备根据本发明的接触销为简单的和高性价比的。为了实现此目的，通过正向挤出在其长度的主要部分上降低圆柱形铜管的壁厚度，并且随后(如)通过焊接或硬钎焊将接触件附接至通过正向挤出形成的铜管的正端面，所述接触件由具有高于铜的对抗切换电弧的不利影响的抵抗力的材料制成。在附接接触件之后或之前，用于连接馈电线的结构可形成于铜管的反向端上或附接至铜管的反向端，所述反向端远离接触件。

该方法同样具有重要的优点：

-当使用正向挤出来制备套时，不产生铜废料；考虑到铜的高价进一步升高，这样获得了成本效益。

-通过正向挤出来制备铜套是快速的和高效的。

-在正向挤出期间用于正向挤出的凹模和支撑套的内壁的芯轴之间的交互作用易于允许制备具有高维度精确性的铜套。

-当正向挤出进行时，用于正向挤出的凹模和轴向移动的芯轴之间的交互作用允许在相同工序操作期间制备套的内表面，其中所述内表面的内部宽度在套的整个长度上不是恒定的，而是意味着套的正向区段中的内部宽度小于套的主区段中的内部宽度，这样导致可尤其通过焊接或硬钎焊附接至接触件的正向端的较大端面。

-由于在正向挤出期间铜管优选地不是在其整个长度上变形而是在其长度的主要部分上变形这个事实，铜管的反向端处的区段保持其最初的直径并且保持其最初的壁厚度，所述壁厚度易于满足用于将其进行切割，例如，可用于实现与馈电线电连接的内螺纹。可从铜套的壁厚的反向区段的外周边研磨铜部件，以便形成彼此平行延伸的两个平坦表面，并且提供用于扳钳的接触表面。

-在正向挤出期间，可以对接触销的套设置一冶金学结构，所述冶金学结构基本上为层状的(laminar)，其确保即使在电流密度高和套被加热时，热应力不会引起接触销弯曲。

-对于制备接触销而言，可首先制备可用作标准部件的半成品管状铜或铜管。

如果通过插入硬钎焊合金将接触件硬钎焊至套的正向端或者如果通过插入焊接填充材料将其焊接至所述端部，则可在硬钎焊或焊接之前将硬钎焊合金或焊接填充材料以扁平圆环的形式布置在接触件和套的正向端面之间。当硬钎焊或焊接操作进行时，为了防止硬钎焊合金或焊接填充材料流入铜套的正向端面中的开口内，可在挤出工序结束时利用合适的塞来封闭此开口。其并非绝对需要让塞参与硬钎焊操作或焊接操作，为此，塞可(例如)由陶瓷制品(例如，氧化铝、氧化镁)构成，以使得其基本上未增加接触销的质量。塞也可由金属构成。如果其由轻金属(例如，铝)构成，则其增加的接触销的重量微不足道。但塞也可由铜构成。这将获得有利于焊接操作或硬钎焊操作的优点，并且对于低电阻而言为有利的。

塞的另一个优点为，即便要提供硬钎焊合金或焊接填充材料，不是必须以扁平环的形式提供，也可以小球或小板的形式提供，将小球或小板在塞和接触件之间居中夹紧，以进行焊接或硬钎焊，并且随后在暴露于压力展开和加热展开的条件下，均匀地分布在完整的连接表面上。

一种合适的焊接方法尤其是冲击焊接方法，所述冲击焊接方法为电容脉冲电弧焊接方法，其中所需的焊接能量通过电容器的短暂放电来递送。将接触件和铜套连接到一起的另一种方法为摩擦焊接方法，其中将有待连接到一起的部件通过将它们相对于彼此进行旋转来焊接到一起，在此工序中，它们彼此进行压制，由此在产生摩擦热的条件下将它们焊接到一起。至少，这是不需要提供塞的方法。

为了能够将塞插入在套的正向端提供的开口内，此开口沿朝接触件的方向为逐渐增宽的，如，圆锥形，并且利用具有匹配形状的圆锥塞进行封闭，其中在焊接或硬钎焊操作之前不必将所述塞牢固地连接至铜套，因为塞的圆锥形状可将其以捕获方式夹在套和接触件之间。

优选地，套的内部宽度在套的长度的较少部分上从套的正向端朝套的反向端逐渐增加，并且在与之相邻的套的长度的主要部分上保持恒定。这为将套附接至接触件提供了足够大的端面。只要设置在套的正向端处的开口随后通过塞来封闭时，即，在正常挤出结束之后，则设置在其正向端的区段中套的内部宽度被修改，以使得内部宽度从端面开始沿朝套的反向端的方向逐渐变细，然后在套的一部分长度上逐渐变宽，随后在套的长度的主要部分上保持恒定。套的内部宽度保持恒定的区段将延伸超过其一半长度。

就套的外表面而言，套应具有恒定的外围尺寸，除了设置在套的反向端处的区段之外，并且具体地讲应为圆柱形；推荐仅在套的反向端处提供具有较大外围尺寸的区段，以使得可有利于在此处应用电连接。至于套的其他壁厚度可为相对薄的，例如，1mm至2mm。

优选地，接触销的套为空的，由此将其质量惯性保持在低水平。然而，如果预期存在特殊压力，则可在套中提供实芯，由此从内部支撑套。如果芯为大块的，则其应具有低于铜的密度，优选地密度小于3g/cm³。尤其适用于芯的材料为轻金属，例如，铝和镁、轻金属合金、和金属氧化物，更具体地讲氧化铝或氧化镁，还有陶瓷制品，更具体地讲泡沫陶瓷以及如果温度允许使用塑料。然而，通过插入(如)钢制管来支撑铜套也是可能的。尽管钢并不具有小于3g/cm³的密度，但管加上管中空气层的平均密度仍然可保持低于3g/cm³。

从端面开始填充套的实芯赋予接触销的强度与由铜构成的实心的相应接触销(不含接触顶端)的强度一样高。然而，由于芯的低密度，接触销的质量显著低于由纯铜构成的相应接触销(不含接触顶端)的质量。

如果通过芯从内部进行支撑，则铜套可包括显著薄的壁厚度，所述壁厚度仅受限于所需的载流量(载流容量)。某一高压断路器的接触销的所需的机械强度并不一定根据其由铜构成的套的壁厚的尺寸决定。

如果在铜套中提供芯的个别情况下，例如将芯压入安装到套内，则其优选地并未一直延伸到套的反向端。这样具有如下优点，在套的反向区段的内部空间中，仍然存在可用于形成电连接装置或电连接结构的空间。

可用于接触件的材料具体地为复合材料，例如，铜-钨、银-钨、银-碳化钨、和银-钼，其中铜-钨为优选的。

附图说明

用于根据本发明的接触销的制备的优选的示例性实施例呈现于附图中。

图1为接触销的第一示例性实施例的纵切面视图；

图2为接触销的第二示例性实施例的纵切面视图；

图3为接触销的第三示例性实施例的纵切面视图；

图4示出了用于制备根据本发明的铜套的铜管的正向挤出工序的四个不同时刻的视图A-D。

图5为以此方式制备的铜套的纵切面视图。

具体实施方式

图1示出了铜套1，所述铜套1具有带有前开口9的正向端2和带有后开口13的反向端3以及接触件4，所述接触件4附接至正向端2并且由具有高于铜的对抗电弧影响的抵抗力的材料构成。

如从外部观察，除接触件4的顶端处的圆形边缘和铜套1的反向端3处的区段5之外，接触销为圆柱形设计，所述区段5具有超出剩余铜套1的外径。铜套1的反向端3处的区段5因此提供有较大的外径，以便获得足可用于形成电连接的材料，如，以便在区段5内切割出内螺纹或外螺纹，这样可用于连接馈电线。设置在铜套1的正向端2的区段6显示具有减小的内径。在铜套1的中心区段7中提供了恒定的内径，所述中心区段7为铜套1的长度的主要部分之上从反向区段5延伸至正向区段6的主区段。在反向区段5中还提供了相同的内径。在铜套1的正向区段6中，位于铜套1和接触件4之间的连接区域8的内径显著小于中心区段7的内径。从铜套1的正向端和和接触件4之间的连接区域8开始，铜套1的内径从区段6的长度的一部分上的套1的前开口9开始首先减小，然后扩展至中心区段7的直径。以此方式，在铜套1和接触件4之间可能实现机械地非常稳定的连接。以此方式，区段6中的内部空间具有腰部11，所述腰部11位于从该内部空间的锥形区段到铜套1内部空间的扩展区段过渡处。

图2所示的示例性实施例不同于图1所示的示例性实施例，因为塞10配合地插入铜套1的内部空间的锥形区段中，所述锥形区段从连接区域8沿朝反向端3的方向延伸。如果使用焊接填充材料或硬钎焊合金，则当通过焊接或硬钎焊将接触件4连接至铜套1时，塞10防止硬钎焊合金或焊接填充材料遗漏至铜套1的内部空间中。

图3所示的示例性实施例不同于图2所示的示例性实施例，因为圆柱形芯12被插入铜套1的中心区段7内，圆柱形芯12在塞10处端接至腰部11，如果需要，其提高接触销的机械稳定性或允许较薄的铜套1。芯12的密度远低于铜的密度。如果将铝或镁，或者铝和/或镁的轻金属合金用于芯12，则芯12还可有助于接触销的载流量。如果不需要增加接触销的载流量，则芯12也可由不导电材料(如，泡沫陶瓷)构成。

铜套1(例如，图1至图3所示)可使用图4A至图4D示意性示出的正向挤出方法进行制备。为实现此制备，第一步为使用优选为圆柱形的铜管14，并且将铜管14引入凹模15内，所述凹模15具有区段16、区段17和过渡区域18，所述区段16具有对应于铜管14的外径的较大直径，所述区段17具有小于区段16的直径，所述过渡区域18形成于区段16和区段17之间。区段17的直径决定通过正向挤出形成的铜管的外径。过渡区域18形成为连续运行的大致的圆锥形。凸模19如同冲压机一样压制到铜管14的反向端上，以压制后者正向穿过凹模15。当正向挤出进行时，可沿正向挤出方向21和相背对的方向移动的圆柱形芯轴20支撑铜管14的内圆周壁。芯轴20具有相对于圆柱形芯轴20和铜管14的纵向轴线旋转对称地延伸的渐尖顶端22，并且可形成圆锥形但不是必须形成圆锥形。渐尖顶端22相对于凹模15的过渡区域18的位置决定了空白环形横截面(即，芯轴20和凹模15之间的环形间隙)的尺寸，当正向挤出进行时，铜管14的铜必须连续穿过环形间隙。

图4A示出了挤出工序开始之前的状态。挤出工序启动，铜管14和芯轴20同时正向推进。在挤出工序的初始阶段，芯轴20的顶端22和凹模15的过渡区域18之间的环形间隙连续变窄。此时，环形间隙的宽度变得小于最初的铜管14的壁厚度-参见图4B，通过挤出工序制备的铜套1的壁厚度开始变小，直到芯轴20的顶端22和凹模15的过渡区域18之间的环形间隙达到其最小宽度。图4C示出了此状态。从此时起，展开的铜套1的壁厚度保持恒定，参见图4D。

位于铜套的内部空间的最窄位置(即，腰部11)和具有铜套1的内部空间的最大宽度的区段7之间的过渡区域23的长度取决于芯轴20相对于凸模19的相对速度。芯轴20相对于凸模19移动的越慢，铜套1中的过渡区域23越长，所述过渡区域23沿朝铜套1的反向端3的方向逐渐增宽。

从连接区域8到腰部11的最窄点延伸的内部空间的区段24可通过使铜沿凹模15的壁的流动所受的阻碍稍大于沿芯轴20的流动所受的阻碍而产生，因此铜套1的正向端的外边缘一定程度地落后于铜套1的内边缘。从腰部11的最窄点到连接区域8的内部空间的区段24的所得形状可优选地通过塞10进行封闭，并且以夸张的方式示于图4C和图4D中，以说明该原理。

凸模19到达凹模15的过渡区18之前或之时，正向挤出工序完成，拉回芯轴20而保持凸模19不动；此后，拉回凸模19并且从凹模15拉出铜套1。图5示出了以此方式制备的铜套。所示的视图应理解为原理并且不作为比例视图。

随后，将接触件4焊接至或硬钎焊接至铜套1的正向端2。

附图标号列表

1 铜套

2 铜套的正向端

3 铜套的反向端

4 接触件

5 铜套的反向区段

6 铜套的正向区段

7 铜套的中心区段

8 连接区域

9 正向开口

10 塞

11 正向区段6中的腰部

12 芯

13 后部开口或反向开口

14 铜管

15 凹模

16 较大直径的凹模的区段

17 较小直径的凹模的区段

18 凹模的过渡区段

19 凸模

20 芯轴

21 冲压方向，正向挤出的方向

22 芯轴的顶端

23 腰部11的最窄点与中心区段7之间的过渡区段

24 从腰部11的最窄点延伸至连接区域8的内部空间的区段

25 芯轴的区段。

Claims (26)

1.一种用于高压断路器的接触销，所述接触销具有：

由铜制成并且通过挤出铜管制备的套(1)，套(1)具有正向端(2)、反向端(3)以及两端处的开口(9，13)，其中正向端(2)处的开口(9)的清晰的横截面小于套(1)的反向端(3)处的开口(13)的清晰的横截面，其中，设置在套(1)的正向端(2)处的套(1)的区段(6)中的壁厚度超出套(1)的中心区段(7)中的壁厚度，其中套(1)的外围尺寸未增加；

套(1)的正向端(2)被焊接至该正向端(2)的单个接触件(4)所覆盖，接触件(4)由具有高于铜的对抗当所述高压断路器切换时产生的电弧的影响的抵抗力的材料构成；

同时仅在套(1)的反向端处提供用于实现电连接的具有较大外围尺寸的区段。

2.根据权利要求1所述的接触销，其特征在于，套(1)的正向端(2)被硬钎焊至该正向端(2)的单个接触件(4)所覆盖。

3.根据权利要求1所述的接触销，其特征在于，套(1)的正向端(2)处的开口(9)通过被接触件覆盖的塞(10)进行封闭。

4.根据权利要求3所述的接触销，其特征在于，设置在所述套(1)正向端(2)处的开口(9)沿朝接触件(4)的方向逐渐增宽并且通过塞(12)进行封闭，塞(12)具有匹配开口(9)的形状。

5.根据权利要求1或3所述的接触销，其特征在于，套(1)的内部宽度在套(1)的长度的一部分上从套(1)的正向端(2)沿朝套(1)的反向端(3)的方向逐渐增加，并且随后保持恒定。

6.根据权利要求1或3所述的接触销，其特征在于，套(1)的内部宽度首先从套(1)的正向端(2)沿朝套(1)的反向端(3)的方向成锥形地变细，然后在套(1)的长度的一部分上往相邻的中心区段(7)逐渐增宽，并且随后保持恒定。

7.根据权利要求5所述的接触销，其特征在于，套(1)的内部宽度保持恒定的长度超出了套(1)的长度的一半。

8.根据权利要求6所述的接触销，其特征在于，套(1)的内部宽度保持恒定的长度超出了套(1)的长度的一半。

9.根据权利要求1或3所述的接触销，其特征在于，除设置在其反向端(3)处的区段(5)之外，套(1)具有沿套(1)的长度的恒定的外围尺寸，且套(1)为圆柱形，而设置在反向端(3)处的区段(5)的外围尺寸大于所述恒定的外围尺寸。

10.根据权利要求1或3所述的接触销，其特征在于，其铜套(1)为中空的。

11.根据权利要求1或3所述的接触销，其特征在于，在套(1)中设置有实芯(12)，实芯(12)的密度低于铜。

12.根据权利要求11所述的接触销，其特征在于，所述实芯的密度小于3g/cm³。

13.根据权利要求11所述的接触销，其特征在于实芯(12)的材料选自：轻金属、轻金属合金、金属氧化物、陶瓷、泡沫陶瓷、塑料。

14.根据权利要求13所述的接触销，其特征在于，该金属氧化物为氧化铝或氧化镁。

15.根据权利要求1或3所述的接触销，其特征在于，接触件(4)由复合材料制成，该复合材料选自：铜-钨、银-钨、银-碳化钨或银-钼。

16.根据权利要求15所述的接触销，其特征在于，该复合材料为铜-钨。

17.根据权利要求11所述的接触销，其特征在于，套(1)的反向区段(5)凸出而超出实芯(12)，反向区段(5)远离接触件(4)。

18.根据权利要求1或3所述的接触销，其特征在于，套(1)的中心区段(7)的壁厚度为1mm至2mm。

19.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的接触销的制备方法，其特征在于：

a)通过凹模(15)正向挤出铜管(14)，凹模(15)的横截面沿正向挤出的方向(21)变窄，其中铜管(14)的内壁通过同轴地延伸到铜管(14)和凹模(15)内的芯轴(20)支撑，芯轴(20)包括具有小于凹模(15)的最小内径的恒定直径的区段(25)，以及包括邻近所述具有恒定直径的区段(25)的沿正向挤出方向(21)逐渐变细的芯轴(20)的顶端(22)，其中凹模(15)中的芯轴(20)能够纵向地移动，并且其在挤出期间在凹模(15)中纵向地移动以制备出套(1)的内径，该内径在套(1)的长度上变化，以及

b)将接触件(4)附接至套(1)的正向端(2)。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在将接触件(4)附接至套(1)的正向端(2)之前，将塞(10)插入套(1)的正向端(2)内。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，将具有比铜更低密度的实芯(12)插入套(1)内，其中实芯(12)的横截面与套(1)的清晰的横截面紧密地装配在一起。

22.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，正向挤出工序在室温下执行。

23.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，凹模(15)的清晰的横截面、芯轴(20)和铜管(14)相对于挤出方向(21)旋转对称地形成。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，凹模(15)的横截面具有环形形状。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，芯轴(20)和铜管(14)具有圆柱形形状。

26.一种具有接触装置和驱动器的高压断路器，所述接触装置包括管状接触件和移动的接触销，所述驱动器使得所述接触销接触所述接触件，以便闭合所述断路器，并且使得所述接触销与所述接触件分开，以便断开所述断路器，其特征在于，接触销具有根据权利要求1或3所述的特征。