Модуль размыкания, содержащий в себе вакуумный картридж и средство крепления, и электрическое коммутационное устройство, содержащее в себе такой модуль

1 Поедпосылки создания изобретения Изобретение относится к модулю для электрического коммутационного устройства,содержащему вакуумный картридж и средство крепления картриджа к опорной раме. Оно также относится к коммутационному устройству,содержащему, по меньшей мере, один такой модуль. Вакуумный картридж обычно содержит корпус, образующий собой герметичную полость, в которой находятся два разъединяемых контакта, причем, по меньшей мере, один контакт является подвижным. Подвижный контакт надежно прикреплен к металлическому стержню, который может совершать поступательное перемещение параллельно своей оси, и выступает наружу из первого осевого торца картриджа. Герметичность между стержнем и стенкой полости обеспечивают посредством уплотняющего сильфона, позволяющего осуществлять поступательное перемещение стержня. Этот стержень предназначен для соединения с механизмом привода картриджа. Другой контакт, в общем случае, представляет собой неподвижный контакт, надежно прикрепленный к неподвижному стержню, проходящему через корпус картриджа, доступ к которому может быть осуществлен с внешней стороны второго осевого торца картриджа, расположенного с противоположной стороны от первого торца. Осевое перемещение подвижного стержня относительно картриджа осуществляют посредством направляющей втулки, которая составляет единое целое с корпусом картриджа и выступает внутрь картриджа. В документах DE 2,440,827, US-A4,403,124, US 4,933,518, US 4,983,793, US 5,004,877 и US 5,168,139 приведены различные варианты осуществления такой конструкции. В документе ЕР 0,058,519 описано трехфазное электрическое коммутационное устройство, причем каждая фаза этого устройства содержит вакуумный картридж упомянутого выше типа, опорой для которого служит жесткая рама,изготовленная из изоляционного материала. С той стороны, где расположен первый осевой торец, корпус картриджа прикрепляют к раме посредством опорной пластины, снабженной отверстием, диаметр которого равен диаметру первого осевого торца, и образующей собой опорную поверхность для корпуса картриджа. С той стороны, где расположен второй осевой торец, корпус картриджа прикрепляют к раме посредством крепежной гайки стержня, прикрепленного к электрической соединительной шине,которая надежно присоединена к раме. Опорная пластина и стержень не взаимодействуют между собой. К свободному концу стержня посредством хомута прикреплено гибкое электрическое соединение. Когда устройство находится в собранном состоянии, то после установки картриджа на опорную пластину обязательно выполня 003568 2 ют операцию соединения посредством хомута,поскольку соединительный хомут имеет слишком большой размер и не проходит сквозь высверленное отверстие в опорной пластине. Помимо этого, во избежание выталкивания подвижного контактного стержня из его оси поступательного перемещения, которое задано посредством втулки, расположенной внутри картриджа, необходимо выполнять точную установку картриджа в заданное положение относительно его рамы. Эти особенности являются недостатками для промышленного применения устройства. Задача изобретения Одной из задач изобретения является облегчение процедуры сборки электрического коммутационного устройства с вакуумным картриджем и, в частности, сборки модуля размыкания, который образован картриджем и его опорной рамой. С учетом этого, задачей изобретения является создание модуля размыкания для электрического коммутационного устройства, содержащего- по меньшей мере, один вакуумный картридж, содержащий корпус, образующий полость, которая содержит два разъединяемых контакта, причем один из контактов надежно прикреплен к подвижному металлическому стержню, а часть стержня выступает из полости наружу со стороны первого осевого торца корпуса картриджа;- отверстие, образующее осевой направляющий канал стержня картриджа, служащее в качестве направляющей для поступательного перемещения стержня относительно втулки вдоль геометрической оси отверстия;- поверхности, обеспечивающие установку заданного радиального положения, взаимодействующие с корпусом картриджа и предотвращающие любое радиальное перемещение корпуса картриджа относительно геометрической оси отверстия втулки;- средство крепления к опорной раме картриджа. Втулка позволяет обеспечивать как функцию направления стрежня относительно картриджа, так и закрепление картриджа относительно рамы. Следовательно, цепочка размеров оказывается уменьшенной, что приводит к повышению точности направляющего устройства при снижении его стоимости. В предпочтительном варианте рама снабжена направляющими салазками, а втулка выполнена в форме скользящей каретки для того,чтобы скользить в направляющих салазках в направлении, перпендикулярном к геометрической оси отверстия. В этом случае сборку картриджа и его втулки возможно осуществлять 3 перед вставкой сборочного узла в раму путем вдвигания втулки в салазки. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения средство крепления содержит упругие зажимы, образующие средство крепления посредством защелкивания. Этот способ крепления посредством защелкивания очень упрощает процесс сборки. В предпочтительном варианте фиксаторы расположены на втулке и взаимодействуют с опорными поверхностями, расположенными на раме. В предпочтительном варианте втулка состоит из двух частей, которые по отношению друг к другу могут находиться в раскрытом положении, позволяющем осуществлять вставку стержня картриджа в радиальном направлении,и в закрытом положении, в котором поверхности, обеспечивающие установку заданного радиального положения, взаимодействуют с корпусом картриджа, а отверстие взаимодействует со стержнем. Такая конструкция, являющаяся наиболее целесообразной, позволяет осуществлять монтаж гибкого проводника на стержне картриджа до того, как будет установлена втулка, обеспечивающая закрепление картриджа на его раме. Согласно предпочтительному варианту осуществления две части втулки соединяют между собой посредством шарнира. В закрытом положении две части втулки скрепляют между собой при помощи средства крепления. Эти меры упрощают сборку. В предпочтительном варианте втулка снабжена поверхностями, обеспечивающими установку заданного продольного положения,которые образуют собой опорную поверхность для части осевого торца корпуса картриджа. Посредством этого упрощают установку втулки в заданное положение. Согласно одному из вариантов осуществления втулка изготовлена из пластмассы, которая может, например, представлять собой полиамид 6-6. В предпочтительном варианте модуль содержит в себе один вакуумный картридж. Согласно другой особенности изобретения,задачей изобретения также является создание электрического коммутационного устройства,содержащего, по меньшей мере, один описанный выше модуль и механизм привода стержня модуля. Краткое описание чертежей Другие преимущества и особенности станут более очевидными из приведенного ниже описания конкретного варианта осуществления изобретения, приведенного исключительно в качестве неограничивающего примера и изображенного на сопроводительных чертежах, на которых фиг. 1 представляет собой вид в перспективе коммутационного устройства согласно изобретению, которое содержит в себе вакуумный картридж, установленный в опорной раме; 4 фиг. 2 представляет собой вид поперечного сечения коммутационного устройства из фиг. 1 вдоль оси; на фиг. 3 изображен гибкий электрический соединитель, позволяющий осуществлять электрическое соединение между картриджем и соединительной шиной; фиг. 4 представляет собой объемное изображение части коммутационного устройства в разобранном виде перед его сборкой; на фиг. 5 схематично изображена операция пайки тугоплавким припоем, посредством которой создают соединение между стержнем картриджа и гибким электрическим соединителем. Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения Со ссылкой на фиг. 1 и фиг. 2, коммутационное устройство содержит вакуумный картридж 10, поддерживаемый рамой 12 и приводимый в движение посредством механизма 13 обычного типа. Две соединительных шины 14 и 16, прикрепленные к раме 12, предназначены для электрического соединения устройства с магистральной шиной (не изображена). Общее выражение "вакуумный картридж" здесь используется для обозначения сборочного узла известного типа, который содержит цилиндрический корпус 17, образующий полость 18, в которой существует относительный вакуум и в которой расположены два разъединяемых контакта 22, 24. Сам корпус 17 разделен на среднюю изолирующую часть 19, изготовленную из изоляционного материала, первую металлическую торцевую часть 20, образующую первый замыкающий фланец, и вторую металлическую торцевую часть 21, образующую второй замыкающий фланец. Один из контактов представляет собой контактную площадку 22, припаянную к торцу проводящего цилиндра 26, и образует средство 28 неподвижного контакта с этим цилиндром. Цилиндр 26 проходит через второй фланец 21 и приварен к нему. Цилиндр 26 также приварен к жесткой металлической катушке 29,которая приварена непосредственно к соединительной шине 14. Таким образом, посредством катушки 29 осуществляют электрическое соединение между средством 28 неподвижного контакта и соединительной шиной 14. Катушка 29 предназначена для создания магнитного поля в зоне разделения контактов 22, 24, которое способствует прерыванию электрической дуги,возникающей между контактами при их разъединении. Катушка 29 прикреплена к раме 12 посредством винтов, следовательно, жестко закреплена между цилиндром 26, который сам по себе прочно прикреплен к корпусу 17 картриджа, и рамой 12. Кроме того, установку первого фланца 20 в заданное положение и его закрепление относительно рамы 12 осуществляют посредством фиксирующей втулки 100, которую закрепляют в пазу 130 рамы, а более подробное объяснение этого будет приведено ниже. 5 Контакт 24 представляет собой контактную площадку, припаянную к торцу средства 30 подвижного контакта, корпус которого образован из металлического проводящего стержня 32,который в этом примере представляет собой медный стержень, проходящий через отверстие первого фланца 20. Часть 36 этого стержня 32,имеющая меньший диаметр, выступает из полости наружу, что более отчетливо можно увидеть на фиг. 5, и, таким образом, образует промежуточный выступ 38. Торец стержня снабжен продольным резьбовым отверстием 39. Уплотняющий сильфон 40, припаянный к стержню 32 и к внутренней стенке первой торцевой части,позволяет осуществлять продольное поступательное перемещение подвижного контактного средства 30 относительно средства 28 неподвижного контакта, обеспечивая сохранение вакуума, имеющегося в полости 18. Стержень 32 соединен с рычагом 80,имеющим два параллельных кронштейна 81, 82,посредством изолирующего штока 42. Изолирующий шток 42 содержит в себе корпус, изготовленный из пластмассы 43, которому придана такая форма, что с одного конца он покрывает собой головку первой резьбовой шпильки 44, а с другой стороны - головку второй резьбовой шпильки 45, которая расположена на продолжении оси первой шпильки 44. Первую резьбовую шпильку 44 ввинчивают в глухое резьбовое отверстие 39, расположенное в торце стержня 32 картриджа. На вторую резьбовую шпильку 45 навинчивают цилиндрическую регулировочную гайку 46. Один конец гайки удерживает опорное гнездо 47 для одного конца нажимной контактной пружины 48. Другой конец пружины 48 упирается во второе опорное гнездо 49, которое опирается на планку 83. Планка 83 содержит отверстие 84, образующее собой направляющий канал, через который проходит цилиндрическая гайка 46. Планка 83 свободно вращается в боковых осях 85, опорой для которых служат кронштейны 81, 82 рычага 80. Направляющий канал 84 позволяет осуществлять как поступательное перемещение гайки 46 параллельно ее оси, так и ее свободное вращение. Гайка 46 содержит выступ, опирающийся на ту часть планки 83, которая находится напротив второго опорного гнезда 49. Два кронштейна 81, 82 рычага 80 вращаются вокруг оси 86, опорой для которой служит рама 12, и их совместно приводят в действие со стороны их свободного конца посредством механизма замыкания и размыкания (не показан),причем этот механизм устроен так, что осуществляет перемещение средства 30 подвижного контакта между положением, обеспечивающим контакт со средством 28 неподвижного контакта, и положением, в котором они разъединены. При размыкании на фиг. 2 рычаг 80 поворачивается вокруг оси 86 в направлении против часовой стрелки, приводя в движение планку 83,гайку 46, шток 42 и средство 30 подвижного 6 контакта. При замыкании рычаг 80 поворачивается вокруг оси 86 по часовой стрелке, приводя в движение планку 83, которая сжимает пружину 48 посредством опорного гнезда 49. Затем пружине 48 передает усилие замыкания подвижному контакту 30 посредством системы привода, содержащей в себе опорное гнездо 47,гайку 46 и изолирующий шток 42. Электрическое соединение стержня 32 с общей магистральной электрической шиной осуществляется посредством гибкого электрического соединения 50, которое схематично изображено на фиг. 3, причем один конец 56 соединения представляет собой соединительную шину 16, а другой конец 58 соединения припаян к корпусу стержня 32. Гибкое соединение 50 образовано посредством пакета из множества тонких металлических лент 52, уложенных одна на другую, которые в данном примере представляют собой ленты из меди. Каждая металлическая лента 52 содержит изогнутую среднюю часть 54, которая с каждого из концов имеет по одной плоской концевой части 56, 58. Ленты 52 имеют различную длину и форму, образуя вместе пакет, имеющий требуемую изогнутую форму в средней части 54. На концах 56,58 ленты 52 сварены между собой посредством процесса атомной диффузионной сварки без добавления какого-либо материала таким образом, что каждый конец представляет собой жесткую цельную часть. В своей средней части 54 ленты 52 остаются отделенными одна от другой,что обеспечивает хорошую гибкость всего сформированного таким образом электрического соединения 50. Как показано на фиг. 4, концевая часть 56, представляющая собой соединительную шину, содержит в себе средство 60 крепления в виде открытых резьбовых отверстий для крепления соединительной шины к раме коммутационного устройства, и средство 62 соединения в виде других резьбовых отверстий для соединения с шиной. Другая концевая часть 58 содержит отверстие 64, соответствующее диаметру оси стержня 36. Втулка 100, подробно показанная на фиг. 4, изготовлена из пластмассы, в этом примере из полиамида 6-6, и содержит две части 101,102, шарнирно соединенные между собой посредством шарнира 103 таким образом, чтобы в собранном состоянии они могли находиться в раскрытом положении, изображенном на фиг. 4,и в закрытом положении, изображенном на фиг. 2, при котором упругие крючки 104 защелкиваются в соответствующих отверстиях 106. Втулка в закрытом состоянии образует собой фланец, имеющий плоское дно 107 и цилиндрическую внешнюю стенку 108, что позволяет вставлять в нее конец первого фланца 20 картриджа 10. Центральная часть плоского дна содержит в себе отверстие 120, через которое проходит стержень 32 картриджа. Это отверстие,которое обычно имеет цилиндрическую форму, 7 служит в качестве направляющей для стержня 32. Втулка 100 снабжена двумя основными боковыми направляющими 109, которые соединены с плоским дном 107 посредством двух боковых выступов 110, и двумя вспомогательными боковыми направляющими 112, которые соединены с плоским дном 107 посредством двух других боковых выступов 114. Каждая вспомогательная направляющая 112 расположена на продолжении одной из основных направляющих 109. В передней части каждой из основных боковых направляющих 109 сформирован ступенчатый упор 116, а в задней части - упругий зажим 118. Изолирующая часть 19 корпуса 17 картриджа закрыта изолирующей манжетой 90 (см. фиг. 2), которая снабжена ребрами, предназначенными для увеличения длины пути тока утечки по поверхности диэлектрика между находящимися под напряжением металлическими деталями устройства. В своей верхней части манжета 90 расширена и образует кромку 92, которую надвигают на часть катушки 29 для увеличения расстояния между металлическими деталями, находящимися под напряжением. Промежуточная прокладка 94, внутренняя поверхность которой покрыта полупроводящей краской, сглаживает силовые линии поля вблизи краев катушки 29. Корпус изолирующего штока 42, изготовленный из пластмассы 43, образует цилиндрическую юбку, которая защищает пружину 48 и резьбовую шпильку 45 и которая таким образом обеспечивает электрическую изоляцию между стержнем 32 и гибким соединением 50 с одной стороны, и механизмом с другой стороны. Установку картриджа 10 в раме 12 осуществляют следующим способом. При первой операции к предварительно собранному узлу, образованному катушкой 29 и соединительной шиной 14, приваривают цилиндр 26. Затем на корпус 17 картриджа и на катушку 29 с усилием натягивают изолирующую манжету 90. Затем необходимо снабдить картридж 10 электрическим соединением 50. Часть 36 стержня 32 вставляют в отверстие 64 вместе с расположенной между ними шайбой, изготовленной из смеси 68 металлического наполнителя, как показано на объемном изображении устройства с пространственным разделением деталей, приведенном на фиг. 4. Наполнитель, представляющий собой смесь металлов, должен иметь относительно низкую температуру плавления, в предпочтительном варианте менее 700 С, чтобы не вызвать повреждения паяных соединений внутри картриджа. Используемая в данном примере смесь, состоящая, например, из 56% серебра, 22% меди, 17% цинка и 5% олова,имеет температуру плавления около 650 С. К свободному концу отверстия подводят источник 70 тепла, который схематично изображен на фиг. 5, и производят нагрев до тех пор, пока не 8 произойдет расплавление шайбы 68, а часть наполнителя, представляющего собой смесь металлов, под действием капиллярных сил не проникает в цилиндрическое пространство в стык между отверстием и стержнем. Выбор надлежащего первоначального зазора между деталями, то есть, между отверстием и стрежнем, должен быть осуществлен подходящим способом,который хорошо известен специалисту в области пайки твердым припоем, чтобы, с одной стороны, обеспечить при пайке твердым припоем хорошее увлажнение поверхностей, предназначенных для сборки, а, с другой стороны, обеспечить механическую прочность соединения,паянного твердым припоем, при последующем использовании. Соединение 72, полученное посредством пайки твердым припоем, имеет, с одной стороны, цилиндрическую зону 74 стыка между отверстием и стержнем, а, с другой стороны, кольцевую зону 76 стыка между верхним краем отверстия 64 и выступом 38 стержня. По завершении этого процесса сборки в раскрытую втулку 100 вставляют в радиальном направлении стержень 32, а затем втулку 100 закрывают таким образом, чтобы она окружала собой торец первого фланца 20 корпуса 17 картриджа и стержень 32, при этом упругие крючки 104 защелкивают в соответствующих отверстиях 106. Затем сформированный таким образом сборочный узел вставляют сбоку в раму 12,причем направляющие 109 вставляют в боковые пазы 130, образуя вместе с этими пазами скользящую направляющую. В этом случае втулка образует собой скользящую каретку, которая скользит в пазах 130 до тех пор, пока ограничители 116 не войдут в соприкосновение с соответствующими поверхностями рамы, при этом зажимы 118 защелкиваются в соответствующих опорных поверхностях 132 рамы. Теперь остается просто прикрепить соединительные шины 14, 16 и катушку 29 к раме 12,ввинтить изолирующий шток в резьбовое отверстие стержня и отрегулировать давление контактов посредством регулировочной гайки. Строго говоря, при отсутствии люфта между движущимися частями, перемещение, сообщаемое стержню 32 картриджа 10 рычагом 80, не является абсолютно прямолинейным относительно рамы 12. Однако угол между рычагом 80 и стержнем 32 всегда очень близок к прямому углу, а рабочий ход стержня 32 картриджа между его разомкнутым положением и его замкнутым положением не превышает нескольких миллиметров, что соответствует углу поворота рычага 80 не более чем на несколько градусов, поэтому при отсутствии люфта радиальное перемещение стержня 32 равно, приблизительно, одной сотой части его продольного перемещения. В описанном варианте осуществления, это перемещение поглощают зазоры, существующие между различными элементами системы привода, в частности, на уровне осей 9 85 и оси 86. Однако если требуется большее перемещение, то возможно направить планку 83 в удлинение рычагов 80. Предварительно собранный таким образом узел образует собой модуль, сборка и проверка которого перед отправкой на хранение на склад может быть выполнена на заводе независимо от механизма 13. Окончательная сборка коммутационного устройства может быть осуществлена позже. Модули позволяют осуществлять сборку коммутационных устройств, отличающихся между собой количеством расположенных рядом полюсов. Конечно же, возможны и различные видоизменения. Направляющие салазки могут быть выполнены реверсивными, при этом сформированные в раме направляющие взаимодействуют с пазами, сформированными на внешней части втулки. Способ крепления посредством упругих фиксаторов может быть заменен любым другим пригодным для этого способом крепления. Шарнир может отсутствовать, поэтому втулка может состоять из двух частей, полностью отделяемых одна от другой в открытом положении. Возможны и другие модификации. Например,манжета может отсутствовать в том случае, если приложенное напряжение позволяет это. Приводной рычаг может быть устроен таким образом, что его ось вращения расположена между свободным концом, перемещение которого осуществляют посредством механизма, и планкой. Как уже было указано, устройство может быть однополюсным или многополюсным. В последнем случае расположенные рядом друг с другом различные полюса могут иметь общую раму. Однако предпочтительным вариантом является тот, в котором каждый из однополюсных модулей имеет независимую раму, что обеспечивает очень высокую степень модульности конструкции. Механизм может представлять собой механизм любого известного типа: электромагнит, механизм полюсного вала, который позволяет приводить в движение рычаг 80. Коммутационное устройство может представлять собой устройство любого типа, например коммутатор или автоматический выключатель,снабженный или не снабженный функциями размыкания. Вакуумный картридж может содержать два средства подвижного контакта. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Модуль размыкания для электрического коммутационного устройства, содержащий по меньшей мере, один вакуумный картридж (10), содержащий корпус (17), образующий полость (18), которая содержит два разъединяемых контакта (22, 24), причем один (24) из контактов надежно прикреплен к подвижному металлическому стержню (32), а часть стержня(32) выступает из полости наружу со стороны первого осевого торца корпуса (17) картриджа(10); опорную раму (12) картриджа; отличающийся тем, что он дополнительно содержит фиксирующую и направляющую втулку (100), содержащую отверстие (120), образующее осевой направляющий канал стержня (32) картриджа,служащее в качестве направляющей для поступательного перемещения стержня (32) относительно втулки (100) вдоль геометрической оси отверстия (120); поверхности (108), обеспечивающие установку заданного радиального положения, взаимодействующие с корпусом (17) картриджа и предотвращающие любое радиальное перемещение корпуса (17) картриджа относительно геометрической оси отверстия (120) втулки(100); средство крепления к опорной раме картриджа. 2. Модуль размыкания по п.1, отличающийся тем, что рама (12) снабжена направляющими салазками (130), втулка (100) выполнена в форме скользящей каретки таким образом, чтобы скользить в направляющих салазках (130) в направлении, перпендикулярном к геометрической оси отверстия (120). 3. Модуль размыкания по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что средство крепления содержит упругие зажимы(118), образующие средство крепления посредством защелкивания. 4. Модуль размыкания по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что втулка (100) состоит из двух частей (101, 102),которые по отношению друг к другу могут находиться в раскрытом положении, позволяющем осуществлять вставку стержня (32) картриджа в радиальном направлении и в закрытом положении, в котором радиальные поверхности(108), обеспечивающие установку заданного положения, взаимодействуют с корпусом (17) картриджа, а отверстие (120) взаимодействует со стержнем (32). 5. Модуль размыкания по п.4, отличающийся тем, что две части (101, 102) втулки соединены между собой посредством шарнира(103). 6. Модуль размыкания по п.4, отличающийся тем, что две части (101, 102) втулки (100) в закрытом положении скреплены между собой при помощи средства крепления (104, 106). 7. Модуль размыкания по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что втулка (100) снабжена поверхностями (107),обеспечивающими установку заданного осевого положения, которые образуют опорную поверхность для части осевого торца (20) корпуса (17) картриджа. 8. Модуль размыкания по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что втулка (100) изготовлена из пластмассы. 9. Модуль размыкания по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он содержит один вакуумный картридж (10). 10. Электрическое коммутационное устройство, содержащее, по меньшей мере, один модуль согласно любому из пп.1-9 и механизм(13) привода стержня указанного модуля. Фиг. 3