过载脱扣器,特别是用于断路器的过载脱扣器

摘要

本发明涉及一种过载脱扣器，特别是用于断路器的过载脱扣器，带有由至少两种不同类型金属制成的金属条（6），围绕金属条缠绕有加热导体（7），其中在金属条（6）和加热导体（7）之间布置电绝缘体。本发明的特征在于，加热导体（7）通过电弧焊接焊接在金属条（6）上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种过载脱扣器，特别是用于断路器的过载脱扣器，该过 载脱口器带有由至少两种不同类型金属制成的金属条，围绕金属条缠绕有 加热导体，其中在金属条和加热导体之间布置电绝缘体。

背景技术

在电机的保护装置内、特别是在断路器内，将双金属条、或三金属条 用作过载脱扣器。为了达到所希望的断开特征，金属条通常要么具有加热 线圈要么具有加热板叠。

加热线圈涉及金属线或者带，它们围绕双金属条缠绕。电绝缘体，例 如玻璃纤维织物，位于双金属条和加热线圈之间，以便避免个别加热线圈 到双金属条的短路。加热导体和双金属彼此焊接在双金属条的上端部上。

加热板叠涉及金属带，它折叠成一个板叠并固定在双金属条上。电绝 缘体，例如云母片，位于单个褶层之间，从而使加热板叠的金属带在其总 长度上被电流流过。在带有加热线圈的双金属条、或三金属条中，电流流 过双金属。相反，在带有加热板叠的双金属条中，通常无电流流过双金属。 电流流过的加热板叠只是间接地加热双金属。因此在这里在加热板叠和双 金属之间是不需要输送。

用于缠绕的双金属的生产成本低于用于折叠的双金属条。对此有责任 的是，更容易地能进行自动化、更低的材料需求和将缠绕的双金属以安装 和焊接技术更简单地集成在所属装置的电流路径中。出于这个原因力求优 选地使用缠绕的双金属。

然而缠绕的双金属的使用主要在所需要的双金属原料和加热导体原 料的可焊接性上具有其限制。在这里应用到电阻压焊方法。当可以相对较 好地焊接这种用在低设定范围的保护装置内的原料时，显著降低了需要高 设定范围的原料的可焊接性。因此缠绕的双金属主要是在具有低设定范围 的装置内。折叠的双金属用在具有高设定范围的装置内。

如果技术上可能，也可以以焊接技术连接这些在双金属条情况下需要 高设定范围的原料，缠绕的双金属可以取代一系列折叠的双金属条设计。 由此实现生产成本的减少。

在对双金属条内需要高设定范围的原料进行的电阻压焊中产生的问 题通常通过使用折叠的双金属条来解决。但必须考虑到较高的生产成本。 此外尝试了通过改进电阻压焊方法使得还可以用于缠绕的双金属条的设 定范围限制尽可能向上地移动。在这个方向的措施在于例如，在焊接电源 中，交流电技术被可更好控制调节的直流电技术（逆变器）所代替，对于 焊接电极使用更好的原料，或者使用带有伺服机构驱动器（发动机头）和 焊接力、复位运动和复位途径的集成监测装置的焊钳。其他的措施在于， 对出现的焊接飞溅物的再处理，增强有损焊接强度的抽样试验、或者迁就 低电极使用寿命（例如200次焊接）。此外，通常这样确定加热线圈的尺 寸，即焊接面积达到加热导体横截面的50%，以便承载电流。这导致更高 的材料使用，并且进而导致更高的成本。此外需要考虑的是，在可焊接不 良的材料对中，利用电阻压焊方法实际上无法形成为引导电流的加热导体 横截面的100%的焊接面积。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种过载脱扣器，特别是用于断路器 的过载脱扣器，它在高设定范围内具有在金属条和加热导体之间优化的连 接。

该目的通过一种带有权利要求1的特征的过载脱扣器来实现。可单独 使用或者彼此组合使用的有利的设计和改进方案是从属权利要求的对象。

根据本发明，该目的通过一种过载脱扣器，特别是用于断路器的过载 脱扣器来实现，其带有由至少两种不同类型金属制成的金属条，围绕金属 条缠绕有加热导体，其中在金属条和加热导体之间布置有电绝缘体。本发 明的特征在于，加热导体通过电弧焊接焊接在金属条上。

由于通过电弧焊接方法、如钨惰性保护气体焊接（WIG）取代电阻压 焊，许多在高设定范围内使用的原料可以良好地连接。对于电阻压焊有问 题的是：熔点彼此远离的原料组合，高电传导性和热传导性的原料以及具 有例如通过表面上的氧化层而波动的接触电阻的原料。

对于这些问题，WIG焊接明显是不敏感的。在这里无接触地通过电 弧产生过程热量，从而几乎不破坏表面上的氧化物。通过电弧的高温，会 将熔点彼此远离的原料组合一起熔化。电热传导性和热传导性在WIG焊 接中对焊接过程产生的影响不会像在电阻压焊情况下产生的那么高。

此外，在高设定范围的情况下，主要是使用三金属原料代替双金属原 料，也就是说，活性侧和惰性侧通过第三金属层分开。在此通常涉及由铜 或者铜合金组成的层。该层在电阻压焊中会造成额外的问题。它与两个位 于外面的金属层相比熔点较低。然而在焊接中能达到位于外面的金属层的 熔点。由于直接邻近，低熔点的铜层通常也会一起熔化，会导致不期望的 焊接飞溅物和双金属条粘附在焊接电极上的危险。因此该过程是难以控制 的。

特别是在高设定范围时为了确保在以后的开关设备中的电流承载能 力所需要的在双金属和加加热导体之间的大焊接面积决定了大焊接电流 和功率。这在要焊接的对的接触电阻偏差小时导致的是，引入的过程热量 的相对较强的波动，该过程热量在波动的熔化形成中表现出来。

有利的是在电弧焊接方法中，如在WIG焊接过程中，一方面由方法 决定地几乎不会产生焊接飞溅物，另一方面通过在三金属条上的正面的 WIG焊接，内部的铜层和通常由铜或者铜原料组成的加热导体直接连接， 这在电阻压焊中是不可能的。通过这样连接的铜原料的低电阻降低了在以 后的开关设备中的焊接的内电阻。因此对于电流承载能力只需要较小的焊 接面积，由此使连接的安全性提高。此外可以表明，利用WIG焊接过程 可以相对简单地将100%的加热导体横截面与双金属焊接。

除了更稳定的过程之外，WIG焊接在所产生的连接上因此还具有更 有利的电性能。由于这种可能性，直到现在可以连接几乎不可焊接的原料 组合，折叠的双金属条取代缠绕的双金属条是可实现的。因此实现生产成 本的降低。

与其他熔焊方法相比，钨惰性保护气体焊接方法的特点在于一系列的 优点。结合WIG脉冲焊接和WIG交流电焊接，每一种熔焊可以接合合适 的原料。在WIG焊接中实际上不会产生焊接飞溅物。由于焊接烟气对的 健康负担相对较低。

WIG焊接的一个特别的优点是，即不利用熔化的电极工作。增补焊 接添加物和电流强度因而分离。焊工可以将焊接电流调整为最优于焊接任 务，且必须只能添加如同刚好需要的这么多的焊接添加物。这使得该方法 特别是适合于焊接根部位置（Wurzellagen）和在不利位置（Zwangslagen） 中焊接。由于在小空间中并且相对较小地产生热量，工件的焊接延迟小于 其他方法。由于焊缝质量高，因此WIG方法优选地用于焊接速度相对于 质量要求处于次要的情况。

WIG焊接装置包括：电源，该电源在大多数情况下可以根据直流或 者交流电焊接来接通；以及焊接喷嘴，该焊接喷嘴通过管道包与电源连接。 焊接电线、保护气体供给线、控制线路和在喷嘴较大时冷却水的进口和回 流部位于管道包内。

有两种方法来点燃电弧，即接触点燃和高频点燃。在接触点燃时（摩 擦或者划线点燃（Anreiβzündung）），与电极间隙相似地，钨电极短暂地、 类似于火柴地在工件上划擦从而产生短路。在从工件上取走电极之后，电 弧在钨电极和工件之间燃烧。存在这种可能性，即在每一次点燃时，一些 材料继续悬挂在钨电极上，该材料由于钨的熔化温度较高而作为杂质留在 熔焊池内。因此通常将位于工件上的单独的铜板用于点燃。

高频点燃实际上完全取代了摩擦点燃。在高频点燃时，借助给钨电极 提供高电压的高压脉冲发生器，使气体在电极和工件之间离子化，由此点 燃电弧。高压脉冲发生器具有无危险的电流强度。

接触点燃的一个变体是提升引弧（Lift-arc）点燃。电极直接放在工 件上的焊接位置上。流动的小电流不足以损坏电极。在取走喷嘴时，点燃 等离子电弧，并且焊接机的电子器件将电流提升至焊接电流强度。这种方 法的优点是避免高频点燃时可能出现的电磁干扰。

通常将稀有气体氩气、更稀有的氦气或者两种气体的混合物用于焊 接。因此相对较贵的氦气基于其更好的导热性而被使用，以便提高热量引 入。保护气体通过气体喷头引导到焊接位置。在WIG焊接中，可使用或 者不用焊接填料来工作。对于手动焊接，如在气体熔焊时一样，通常使用 条状的添加物。当然，必须避免混淆气体焊条，因为其化学组成彼此不同。

在WIG焊接时要区分直流电焊接和交流电焊接。具有负极化电极的 直流电焊接用于焊接所有形式的钢及其合金。相反，交流电焊接主要用于 焊接轻金属铝和镁。在特殊情况下也利用直流电并且利用正电极来焊接轻 金属。在此使用带有非常厚的钨电极的特别焊接喷嘴并且使用氦气作为保 护气体。重要的是在轻金属情况下钨电极的正极化，因为它在多数情况下 在其表面形成带有如在氧化铝或者氧化镁的情况下熔点非常高的坚硬的 氧化层。该氧化层在工件的负极化中破裂，因为工件只作为电子发射极而 起作用，并且负氧离子被移走。

WIG焊接的进一步改进是借助脉冲电流的焊接。焊接电流在本底电 流和脉冲电流之间以可变的频率、本底电流和脉冲电流高度和宽度进行脉 冲。可以彼此分开地调节脉冲频率、脉冲宽度和脉冲高度。带有可变电流 变化曲线的WIG脉冲能只利用一个特殊的焊接装置（焊接逆变器）来进 行。在WIG脉冲焊接时可精准计量的热量引入可实现良好的缝隙搭接、 良好的根部焊接和不利位置内的良好的焊接。如在管焊中一样，避免在焊 缝始端和焊缝终端上的焊缝区域。

本发明的特征在于，电阻加热的原理在借助焊接来连接加热导体和双 金属时被通过电弧的无接触熔化原理所取代。加热导体和双金属之间的 WIG焊接连接的优点在于，可以焊接直到现在几乎不可焊接的原料组合， 以及发现了更稳定的焊接过程应用。在焊接连接上还存在改进的电性能。 此外，在高设定范围内带有热脱扣器的保护装置的生产成本通过能自动化 性和材料使用的降低而降低。

附图说明

接下来根据实施例以及根据附图解释本发明的其他的优点和设计。

在此示意性地示出：

图1在加热导体和热过载脱扣器的金属条之间的WIG焊接过程 的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了WIG焊接装置的结构。WIG焊接装置具有：电源1， 该电源在大多数情况下可以由直流电或者交流电焊接来接通；以及焊接喷 嘴2，该焊接喷嘴通过管道包3与电源1连接。焊接电线、保护气体供给 线、控制线路和在的焊接喷嘴较大时冷却水的进口和回流部位于管道包3 内。在焊接喷嘴2上布置有钨电极4，在所述钨电极上产生电弧5。电弧5 撞击在由金属条6和加热导体7组成的两个要焊接的部分上。在WIG焊 接时几乎不会出现飞溅物，并实现了大的连接横截面。

本发明的特征在于，电阻加热的原理在借助焊接来连接加热导体和双 金属时被通过电弧的无接触熔化原理所取代。加热导体和双金属之间的 WIG焊接连接的优点在于，可以焊接直到现在几乎不可焊接的原料组合， 以及发现了更稳定的焊接过程应用。在焊接连接上还存在改进的电性能。 此外，在高设定范围内带有热脱扣器的保护装置的生产成本通过能自动化 性和材料使用的降低而降低。