用于真空灯泡的自定心组件及真空灯泡

摘要

本发明涉及一种用于真空灯泡的自定心组件，其包括：灯泡元件，在将其安装到泡体部件时，灯泡元件将相对于至少一个泡体部件的轴线被中心定位，中心定位系统，其适于将灯泡元件相对于泡体部件的轴线进行中心定位。中心定位系统包括至少一个线圈弹簧，其线圈沿弹簧的中心线分布。弹簧及其中心线是相配的，以使得将灯泡元件安装到泡体部件中时，弹簧的多个线圈通过与灯泡元件和泡体部件两者接触而被插入到灯泡元件和泡体部件之间。

说明书

技术领域

本发明涉及真空灯泡领域，并且更具体地涉及真空灯泡的组装领域。

背景技术

真空灯泡通常为轴对称形状，并且包括基本为圆柱形的泡体。因此泡体 的对称轴定义了真空灯泡的对称轴。

为了限制电弧的风险并在灯泡中获得分布良好的电磁场，组成这种真空 灯泡的各个元件如接头、挡板甚至灯罩都必须相对于泡体的对称轴满足同心 度。灯泡元件和泡体的同心问题特别存在于下述情况，即真空灯泡用于断路 器而进行二次成型的情况。实际上，在这种构造中，灯泡是否同心决定了绝 缘二次成型的厚度，其转而直接影响断路器的介电性能。

在确保制造真空灯泡方面同心度仍是难点。实际上，真空灯泡的组装可 能需要温度上升周期，特别是考虑到焊接步骤。然而这些灯泡元件在温度上 升时的热膨胀可产生关于对称轴的错位。

由于以上原因，不大幅增加真空灯泡的制造成本下难以在灯泡元件和泡 体之间提供良好的同心度。

为了克服该缺点，已知的是采用中心定位系统来装备灯泡元件，该中心 定位系统适于将真空灯泡元件相对于该元件所装备的泡体的轴来对准中心。 每个灯泡元件通过这种中心定位系统而形成用于真空灯泡的自定心组件。

这些对中定位系统可采用分布在元件外周的弹性薄片或压花的任一种 形式，以使这些弹性薄片或压花插入在元件和泡体之间，以使元件被中心定 位。从而这种中心定位系统在灯泡组装时尤其是在温度上升周期通过对靠泡 体使元件固定就位。

这种系统，即使其提供了真空灯泡元件的中心定位，然而也不完全令人 满意。

关于采用薄片，薄片会由于其形状而引起其电气耐压性的下降从而产生 三相点，并且其在元件中由穿孔方法而形成的情况下会留下小孔。这种薄片， 当转移到待中心定位的灯泡元件上时，通常需要扩张的步骤，如焊接，来设 置到所述元件上。此外，这些薄片的定位应当精确以保证待中心定位的各元 件的中心定位一致。

至于压花，其不具有弹性薄片的特性。因此需要其形状精确适于允许 “热”中心定位，以吸收由热膨胀引起的变形。除了这种大规模工程和调整 需要，元件并非容纳在“冷”泡体中的事实，对于加热周期前的所有传送操 作而言是尤其棘手的，该传送操作将确保进行中心定位。实际上，这些传送 操作中的任何震动都可能引起中心偏离，而其并非总能通过压花的热膨胀来 纠正。

由于所有这些原因，无论保留在弹性薄片和压花中，哪种类型的中心定 位系统，其都不能确保用包括这些中心定位系统的自定心组件来组装的真空 灯泡具有所需的同心构造。相应地，尽管使用这些中心定位系统，也有必要 进行分类，以除去不符合要求的真空灯泡。

发明内容

本发明目的在于至少部分克服上述问题并且更具体的目的是提供自定 心组件，其中心定位系统同时允许“冷”元件中心定位或“热”元件中心定 位，并且其与基于薄片的中心定位系统不同，不会引起由所述组件装备的灯 泡的电气耐压性下降。

通过“冷”或“热”中心定位，本文以上和其余部分想要分别实现常温 温度即10至50℃的中心定位，以及高于400℃且优选在800℃-850℃温度量 级的中心定位。

基于该目标，本发明涉及用于真空灯泡的自定心组件，其包括

-灯泡元件，在将其安装至泡体部件时，相对至少一个泡体部件的轴线 来中心定位；

-中心定位系统，用于将灯泡元件相对于泡体部件的轴线来中心定位。

该系统包括至少一个线圈弹簧，其线圈沿弹簧的中心线分布，弹簧及其 中心线相配以使在泡体部件中安装灯泡元件时，弹簧的多个线圈通过与灯泡 元件和泡体部件两者接触而插入灯泡元件和泡体之间。

这种自定心组件得益于线圈弹簧的固有弹性，并由此允许灯泡组件具有 相对泡体部件“冷”与“热”中心定位的元件。此外，灯泡元件的中心定位 是相对稳定的，因为，其通过插入在灯泡元件和泡体间的线圈在多个点提供 了中心定位。以该方式，具有这种自定心组件的真空灯泡在传输操作时不具 有特别的风险，无论其是在温度上升周期前还是上升周期后进行。此外，由 于线圈弹簧的形状，任何与三相点有关的问题被避免，并且包括这种自定心 组件的灯泡没有与中心定位系统相关的电气耐压性的降低。

此外，由于弹簧弹性以及沿弹簧所获得的中心定位，有可能减少与元件 平均半径偏差有关的公差。当然，由于灯泡元件和泡体间由线圈所提供的大 量接触点，这种弹簧将允许这些轴对称缺陷被补偿。这种放松对真空灯泡元 件制造要求的可能性，由此能够降低真空灯泡的制造成本。

线圈弹簧的表示方式“弹簧的线圈”在本文以上和其余部分的意思为， 弹簧形成一个线圈的弹簧长度，即为弹簧在相对中心线的相同角度位置上的 两个连续位置之间的弹簧长度。更普遍的是，这样的一线圈对应着一个弹簧 圈。

中心线可以是曲线也可以是直线。

中心线可以是圆圈的一段弧线，优选的是一个完整圆圈以形成一个环状 弹簧。

具有这样的中心线，弹簧特别适于插入到轴对称的两个元件之间，例如 泡体和灯泡元件之间以使它们同心。

“圆圈的弧”在本文以上和其余部分的意思为，圆圈的一段圆弧的弧度 角在10°至360°之间，后者特别可以采取以下值：30°、45°、60°、90 °、120°、150°、180°。

线圈是可以被分离的。

由于线圈的这种特性，线圈可以各自独立形变，以更好地分布其间的张 力，并且由此更好地吸收灯泡元件和泡体之间可能产生的同心偏差。

该弹簧可为倾斜的线圈弹簧，各线圈具有θ的倾斜角。

线圈的这种倾斜允许弹簧将修正灯泡的倾斜而承受的压力部分吸收。这 样，即使具有较高的同心偏差，弹簧也可能使灯泡元件相对泡体有合适的中 心定位。

倾斜线圈弹簧的“倾斜角”在本文以上和其余部分的意思为，形成在线 圈和垂直于弹簧轴线的平面之间的θ角。从几何角度说，线圈的倾斜度由穿 过线圈两端正中的直线以及同一段线圈的中间点来定义，该中间点即为线圈 的顶点，其与所述两端相对。倾斜角对于本领域技术人员也可由以下方程来 定义：

$\theta ={\tan }^{-1}\left(\frac{c}{d}\right)---\left(1\right)$

其中c为倾斜幅度(线圈顶点相对螺旋线圈的偏移的轴向距离)，d为线 圈直径。

真空灯泡元件可包括配置成在弹簧插入灯泡元件和泡体部件时保持弹 簧位置的保持系统，所述保持系统优选为弹簧接收沟槽，其提供在灯泡元件 中。

由此，这种组件在组装灯泡时降低了移动弹簧的风险，由于弹簧的这种 移动而引起的离心风险也被降低。

灯泡元件可从包括固定真空灯泡挡板、可移动真空灯泡挡板和真空灯泡 罩的组中选择。

自定心组件可进一步包括形成三相点挡板的各独立件。

弹簧可采用融化温度低于灯泡元件材料融化温度的材料制成，由此弹簧 可用作在将灯泡元件安装到泡体部件时，将灯泡元件焊接至泡体部件的步骤 中的填充材料。

这种中心定位系统特别有利，因其同时提供了中心定位功能和将元件附 加在泡体中的功能。

弹簧可由从以下组中选择的材料制成，该组包括铁、不锈钢、铜、银以 及包括至少一种以上金属的合金，弹簧优选地由铜-银合金制成。

本发明也涉及一种真空灯泡，包括至少一个泡体且其特征在于其包括根 据本发明的自定心组件。

这种灯泡可以被容易地组装，因为当通过根据本发明原理的中心定位系 统被组装时，包括它的各元件的至少一部分可被中心定位。

泡体可包括保持系统，其构造成将弹簧固定，当其插入灯泡元件和泡体 部件时，所述保持系统优选地为一弹簧容纳沟槽，其提供在灯泡元件中。

本发明也涉及一种将灯泡元件中心定位到泡体中的方法，其包括以下步 骤：

-提供待中心定位的灯泡元件，

-提供线圈弹簧以和灯泡元件一起形成自定心组件，

-提供至少一个泡体部件，

-将自定心组件安装到一个泡体部件中，灯泡元件由弹簧相对于所述泡 体部件中心定位。

这种方法允许将具有至少一部分元件的灯泡组件很好的中心定位，其 中，其中心定位根据本发明的原理实现。

附图说明

本发明基于阅读示例性实施例的说明将被更好的理解，其仅以指示的方 式给出而不出于限制的目的，参考以下附图，其中：

-图1示意性的示出根据本发明的包括多个自定心组件的示例性真空灯 泡的横截面，

-图2示出根据本发明的中心定位原理，

-图3示出根据本发明螺旋形线圈弹簧的一部分特别被用于形成中心定 位系统，

-图4示出从图1提取的特写视图，其示出相对灯泡挡板和泡体的中心 定位弹簧的设置。

不同附图中相同、相似或等价的部分使用相同的附图标记，以便于在附 图之间转换。

为了使附图更易于理解，附图中表示的不同部件不一定以统一比例绘 出。

具体实施方式

图1示出了真空灯泡1，其包括根据本发明不同类型的三个自定心组件 20、30、40。

这种真空灯泡1包括：

-泡体10，其包括第一和第二泡体部件11、12，

-第一和第二罩31、41各自都安装在两个泡体部件11、12之一上(此 处，每个罩包括位于陶瓷和罩之间的三相点的挡板)以及

-第一和第二接触件15、16在两者彼此背离的断开位置以及两者被电连 接的闭合位置之间可移动地相对安装，

-挡板21。

真空灯泡1具有关于灯泡轴线的轴对称，该灯泡轴也是泡体10的轴线 14。这种对称由基本圆柱形的泡体10提供，并且灯泡元件31、32、15、16、 21也为轴对称并且与泡体10同心。

泡体10由两个泡体部件11、12形成。每个泡体部件11、12由绝缘材 料形成，例如陶瓷，因此所述泡体10通常被称为“陶瓷”。泡体部件11、12 基本为具有开口基座的中空直立圆柱。泡体部件11、12为圆柱形以使得当 组装以形成真空灯泡1并被罩31、41封闭时形成闭合容积。两个泡体部件 11、12同心并且共用相同的对称轴14，其也是泡体的对称轴。

如图1所示，第一和第二接触件15、16被分别安装在第一和第二罩31、 41上。

通过将第一接触件15一体安装到第一罩31上并且将第二接触件16可 平移地安装到第二罩41上，来提供接触件15、16彼此相对的可动安装。

真空灯泡1还包括，为了形成根据本发明的自定心组件20、30、40，弹 簧25、35、45的每一个连接到灯泡元件21、31、41的其中之一，其分别为 挡板21、第一罩31和第二罩41。

每个弹簧25、35、45为线圈弹簧，其线圈根据图2示出的相同原理沿 中心线而分配。这些弹簧25、35、45适于使对应的灯泡元件21、31、41被 中心定位并由此形成中心定位系统。

这种相适应的原理由图2示出。图2由此示出元件221通过根据本发明 的弹簧225，相对外壳222如泡体10或泡体部件11、12之一而被中心定位。

因此，在图2中，可见被中心定位的元件221装备有弹簧225以形成根 据本发明的自定心组件220。根据本发明的原理，弹簧225由此为沿中心线 226延伸的具有线圈的线圈弹簧。

传统上，图2示出的弹簧225包括具有相同尺寸的环形线圈。然而，弹 簧225也可包括除环形以外的线圈，例如椭圆形线圈和/或具有不背离本发明 范围的可变尺寸。

根据本发明一个有利的可能性在图2中示出，弹簧225的中心线226形 成为环形，弹簧225由此为环形螺旋弹簧。

为了保证元件221被中心定位，弹簧通过沿基本垂直于元件对称轴的平 面延伸而沿着所述元件的外周被提供。为了使弹簧225放置在元件221上时 被保持定位，待中心定位的元件221包括构造成接收弹簧225的接收槽222。 接收槽222沿基本垂直于元件221的对称轴的平面的外周围延伸。

这种接收槽222形成一个固定系统，其被配置成当弹簧被插入元件221 和壳210之间时保持弹簧就位。

图2示出的弹簧220以及根据本发明一个特别有利的可能性，即为倾斜 的螺旋弹簧，其线圈是断开的。根据本发明的该可能性，线圈的倾斜度优选 为，当该自定心组件220被安装在壳210中时，使得该倾斜度关于包含对称 轴的平面而被限定，并且其穿过线圈的中心。由此，在弹簧225的构造中， 其中弹簧的中心线为圆圈或圆圈的一段圆弧，该倾斜度由此关于包括对应于 中心线的圆圈对称轴的平面而被限定，并且其穿过线圈的中心。

由此弹簧225的尺寸特征以及其中心线226适于使元件221关于壳210 被正确地中心定位。

由此，在本发明的通常构造中，线圈的直径d具有和元件221及壳210 之间缝隙相当的量级。

更准确地，对于图3示出的倾斜角为θ并具有直径d的螺旋弹簧225， 优选的是直径d和弹簧225的线圈角度θ满足下式：

$d>\frac{{\mathrm{gap}}_{\mathrm{moy}}}{\cos \left(\theta \right)}---\left(2\right)$

其中，d为线圈直径，θ为线圈的倾斜角度，并且gap_moy为元件221和 壳210同心时两者之间的最小间隙。

此外，对于同样的尺寸，特别有利的是弹簧225的线圈直径和θ角还满 足下式：

$d\ge \frac{{\mathrm{gap}}_{\max }-0,5\mathrm{mm}}{\cos \left(\theta \right)}---\left(3\right)$

其中，d为线圈直径，θ为线圈的倾斜角度，并且gap_max为元件221和 壳210同心时两者之间的最小间隙。实际上，对于同样的尺寸，如图2所示， 所有线圈都与待中心定位的元件221和壳210两者相接触。

由此，将元件221置于壳210中时，弹簧插入其间，线圈沿中心线的设 置对它们的倾斜角有特别的修正。结果，根据式(2)和式(3)的弹簧，每 个线圈都有大于或等于θ的倾斜角θ2，其满足下式：

$\theta \le {\theta }_2\le {\cos }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{gap}}_{\min }}{d}\right)---\left(4\right)$

其中d为线圈直径，θ和θ₂为线圈自然状态下的倾斜角度以及线圈在 弹簧插入元件和壳之间时的倾斜角度，并且gap_min为元件221和壳210同心 时两者之间的最小间隙。实际上，对于同样的尺寸，如图2所示，大部分线 圈都与待中心定位的元件221和壳210两者相接触。由该接触引起的压力倾 向于增加每个线圈的倾斜角。当然，当一个线圈不与元件221或壳210接触 时，其不承受压力且保持原倾斜度。由此，在后一种情况下θ＝θ2。

此外，在温度上升期间，例如为了在组装真空灯泡的最后步骤中进行扰 动(agitation)的温度上升期间，灯壳、元件和弹簧的热膨胀引起施加到弹 簧上的张力增加，从而产生更大的倾斜角θ₃：θ₃≥θ₂。

由此，在“热”条件和“冷”条件下中心定位都得到保证。

同样地，直径、线圈的节距p和倾斜角θ(见图3)可根据元件和壳在 中心定位时两者间隙的不规则和变化情况具有自适应性。的确，元件和壳之 间的间隙有较强的变形，可通过具有15°至30°倾斜角以及线圈间高节距p 的弹簧来补偿。这种节距与中段倾斜角一起，允许线圈沿弹簧方向上倾斜角 的较强变形，并由此使得元件221和壳210间的较强缝隙被补偿。

弹簧225由选自包括铁、不锈钢、铜、银以及包括至少一种以上材料的 合金的组中的材料制成。

附图2由此示出，根据本发明原理，元件221和弹簧225形成自定心组 件。关于组装灯泡，图2中通过将元件221安装到壳210中给出示例，弹簧 225预先被放置在元件221上。该设置使得弹簧225沿元件外周延伸，其线 圈与元件221接触。由此设置好的自定心组件随后被插入到壳210中。弹簧 225的弹性形变能使张力沿整个长度上分布，在插入过程中，元件221随后 被恢复到与外壳210同心的位置。通过元件朝向外壳210的这种设置，相对 于可能的温度上升期间的任何膨胀不改变沿弹簧的张力分布，只是改变其中 的力度。由此在“热”条件和“冷”条件下中心定位都得到保证。

当弹簧225插入到元件221和外壳210之间，弹簧225在基本垂直于外 壳221对称轴的方向上关于自身的中心线226被挤压，以将元件221和外壳 210保持同心。

由此上述原理被在图1示出的灯泡1中对灯泡1的挡板21、罩31、罩 41进行中心定位而执行。其它的灯泡元件为灯泡的两个接触件15、16，其 由于在罩31、41上的安装而受益于该中心定位。根据上述已被描述的原理， 图4还示出待中心定位的灯泡元件，此处指挡板21，可包括接收弹簧25的 接收槽22。

图1示出了关于组装灯泡1，自定心元件例如挡板21或罩31、罩41之 一的设置，根据中心定位的方法来实现，该方法包括以下步骤：

-提供待中心定位的灯泡元件21、31、41，

-提供线圈弹簧25、35、45与灯泡元件21、31、41一起形成自定心组 件20、30、40，

-提供至少一个泡体部件11、12，

-在至少一个泡体部件11、12中安装具有灯泡元件21、31、41的自定 心组件20、30、40，其通过弹簧25、35、45相对于泡体部件11、12中心定 位。

根据本发明的一个有利的替换，弹簧25、35、45可用适于焊接的材料 如铜-银合金制成。这种适用性通过所述材料具有融化温度低于灯泡元件21、 31、41的融化温度而被提供。

根据本发明的这种替换，弹簧既用作中心定位系统也用作焊接填充材 料，由此，根据该替换，灯泡元件的连接可通过简单的温度上升循环而被提 供，以将灯泡元件焊接到泡体上。当然，为了确保灯泡元件到泡体的良好连 接，可提供进一步的填充材料。在已经保证完成了中心定位功能后，中心定 位元件随后会消失：一旦融化，其将填充待中心定位的各部件之间的缝隙。 然后真空灯泡的耐压性能被优化。

本发明的示例实施例：

下述表格代表了本发明的两个示例性的实施方式。第一个示例设计包括 自定心组件的灯泡，其灯泡元件如图1和图3所示是相同类型的固定状态。 第二个示例设计包括自定心组件的真空灯泡，其灯泡元件是可动的。两种情 况中，自定心组件的弹簧同样具有2.1mm的线圈直径和15°的倾斜角θ₁。

表格中的术语含义如下：“泡体内径Φ”对应着泡体的内部直径，“挡板 外径Φ”对应着挡板的外部直径，“Δ半径”对应着泡体内部半径和挡板外部 半径之差，“间隙”对应着当挡板不带弹簧地在灯泡内放置时泡体内侧和挡 板外侧间的间隙，“弹簧Φ2”对应着置入弹簧时弹簧线圈的倾斜角Φ，“弹 簧Φ”对应着弹簧线圈的直径，“安装后间隙”对应着泡体内侧和挡板外侧由 弹簧留下的自由间隙，并且“状态”对应着元件中心定位的控制良好程度， 后者参考这些表格中存在的参数而被考虑，如果安装后的间隙低于0.5mm则 状态为良好。“标称值(Nom)”、“最小值(Min)”、“最大值(Max)”对应 着标称值、最小值、最大值。

本发明的这两个不同构造完成的实施方式，其中，固定挡板的方案在第 一个表格中给出示例，其所有线圈都被挤压并且被插入到灯泡元件和泡体之 间，可动挡板的方案在第二个表格中给出示例，其中仅有一部分线圈承受压 力并被插入到灯泡元件和泡体之间，而其余的线圈为“松弛”状态。

由此，在固定挡板的方案中，挡板和泡体之间的距离相对于线圈2.1mm 的直径较短，其短于1.2mm。线圈的简单倾斜角与其压力相关，允许固定挡 板上的弹簧有良好的张力分布，以将其相对于泡体中心定位。

至于可动挡板的方案，由于其可动的特性，挡板和泡体间的距离和线圈 2.1mm的直径具有相同的量级，或者甚至更大：在一些地方，后者可以超过 2.3mm。线圈倾斜角由此不能使挡板和泡体间的距离在其变化幅度上被补 偿。因此，由在安装后的某些位置的间隙值可以不为零所示，弹簧线圈的一 部分不插入到挡板和泡体间。后者的线圈由此不与灯泡元件和泡体接触。

然而，由安装后获得的间隙值和中心定位的良好状态所示，有必要只有 部分线圈适于将可动挡板约束到某一位置，在该位置，其与泡体同心以提供 一自定心元件。

当然，如果在上述示出的实施例中，弹簧是具有分离线圈的倾斜的螺旋 弹簧，本发明包括任意一种线圈弹簧，只要其线圈沿弹簧线圈的中心轴分布 并且其中心线适于使得在组装灯泡时，多个弹簧线圈被插入在灯泡元件和泡 体之间。由此，弹簧可以是非螺旋线圈，可以包括非倾斜线圈或者甚至可以 包括连接线圈而不背离本发明的范围。

同样，如果上述描述的实施例中，弹簧具有圆圈形的中心线，其也可以 是圆圈的一段圆弧的形状而不背离本发明的范围。根据同样的可能性，当弹 簧具有圆圈中心线的一段圆弧而圆弧角度小于360°时，中心定位系统可包 括一个或多个具有圆圈中心线的一段圆弧的其他线圈弹簧而不背离本发明 的范围。

根据后一种可能性，构成中心定位系统的弹簧中心线的圆圈角度的弧段 总数优选为基本等于360°。

此外，在上述实施例中，即使示出的弹簧基本上为圆圈形的线圈弹簧， 也可以如已经指出的那样是可行的，即弹簧包括具有其他形状的线圈。因此， 线圈可以具有例如不背离本发明的椭圆形。根据后一种可能性，式(1)-式 (3)中的参数d表示了当弹簧装备到真空灯泡时，线圈沿基本垂直于泡体 轴向的方向延伸的尺寸。

或者，在上述实施例中，即使泡体包括了作为保持系统的接收沟槽，灯 泡元件和/或泡体可具有另一种保持系统的形式，或者也可以不具备接收沟槽 而不背离本发明的范围。由此，根据本发明的其他选择，接收槽可以提供在 泡体部件上，当将元件放入泡体中时，将弹簧锁定在位置上。根据本发明的 另一选择，灯泡元件和/或泡体可包括一个凸起用作固定弹簧位置的阻挡件。