具有第一种材料和第二种材料的绝缘材料喷嘴.pdf

本发明涉及一种具有第一种材料和第二种材料的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其中第一种材料具有比第二种材料更低的阻燃性。该绝缘材料喷嘴(1a，1b)设有绝缘材料喷嘴通道，其中绝缘材料喷嘴通道的界面至少部分由第二种材料构成。所述绝缘材料喷嘴通道具有空心圆柱形的部段(9)，其中该空心圆柱形的部段的内表面和外表面至少部分由第二种材料构成。

1.  一种具有第一种材料和第二种材料的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其中第一种材料具有比第二种材料更低的阻燃性以及绝缘材料喷嘴通道的界面具有第二种材料，其特征在于，所述绝缘材料喷嘴通道具有空心圆柱形的部段(9)，其中该空心圆柱形的部段的内表面和外表面分别具有第二种材料。

2.  如权利要求1所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其特征在于，表面具有由所述第二种材料构成的环形区域。

3.  如权利要求1或2所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其特征在于，所述内表面和外表面的具有第二种材料的区域沿径向相互套叠。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其特征在于，所述绝缘材料喷嘴(1a，1b)是电开关设备的断路器单元的一部分以及所述空心圆柱形的部段(9)与绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段(8)连接，该圆柱形部段在电开关设备的开关过程中借助于接触件(3)堵塞。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其特征在于，将所述第二种材料嵌入到第一种材料中。

6.  如权利要求1至5中任一项所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其特征在于，所述绝缘材料喷嘴(1a，1b)的侧壁完全由第二种材料构成。

7.  如权利要求1至6中任一项所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其特征在于，所述绝缘材料喷嘴(1a，1b)具有第一喷嘴体(5，5b)和第二喷嘴体(6，6b)，它们相互同轴地布设并且在它们之间布设空心圆柱形部段(9)。

8.  如权利要求1至7中任一项所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)，其特征在于，所述两种材料是绝电材料。

9.  一种用于制造按照权利要求1至7中任一项所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)的方法，其特征在于，用第二种材料或第一种材料成形成形体并在该成形体上敷设第一种或第二种材料。

10.  一种用于制造按照权利要求1至7中任一项所述的绝缘材料喷嘴(1a，1b)的方法，其特征在于，分别将第一种材料和第二种材料成形为成形体并且将这些成形体相互连接。

具有第一种材料和第二种材料的绝缘材料喷嘴
技术领域
本发明涉及一种具有第一种材料和第二种材料的绝缘材料喷嘴，其中第一种材料具有比第二种材料更低的阻燃性以及该绝缘材料喷嘴通道的界面具有第二种材料。
背景技术
例如由公开出版物DE 3044836A1已知一种此类绝缘材料喷嘴。其中公开了一种用于气动开关的绝缘材料喷嘴，在这种情况下绝缘材料喷嘴绝大部分由绝电材料构成以及为了形成喷嘴狭窄处具有由阻燃材料构成的能导电的附件。在此规定，能导电的附件例如设计为实心的整环，其固定在那里的绝缘材料喷嘴的凹槽中，从而由阻燃材料制成的该环本身就构成了绝缘材料喷嘴通道的一部分。
通过采用能导电的附件达到更好地控制电场。其中由能导电的材料制成的附件具有未详细定义的电位。使该电位相对于其他组件电绝缘。因此必须要将绝缘材料喷嘴的尺寸相应设计得较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在具有紧凑的设计尺寸的同时具有良好的工作特性的绝缘材料喷嘴。
上述技术问题按照本发明在本文开头所述类型的材料喷嘴中这样得以解决，即，所述绝缘材料喷嘴通道具有空心圆柱形的部段，其中该空心圆柱形的部段的内表面和外表面分别具有第二种材料。
绝缘材料喷嘴尤其应用于中、高压和极高压级的电开关设备中。这类电开关设备例如为用于切断工作电流和短路电流的断路器。其中短路电流可能是工作电流的若干倍。因此断路器必须能够不仅可靠地控制相对小的电流，也能可靠地控制极大的电流。在切断过程中通常会产生电弧。为了控制用气体吹拂燃烧的电弧而采用绝缘材料喷嘴。绝缘材料喷嘴例如围绕两个可相对移动的接触件之间的断开距离，在这两个接触件之间可能会产生电弧。根据需要可以利用绝缘材料喷嘴来使被电弧加热和膨胀的气体转向特定的方向。在此可以预期通过电弧的较大气体体积的膨胀。出于该原因绝缘材料喷嘴由适合的第一种材料制成。该材料通常是有机塑料，例如PTFE。在例如由电弧产生大量热量时，塑料气化并且产生附加的灭弧气体。通过采用空心圆柱形部段可以使所产生的附加灭弧气体例如围绕着其中一个接触件变向并被带入到储存容积内。在此优选，采用一种电开关设备的断开距离的同轴结构。通过用第二种阻燃材料构造绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段的至少部分内、外表面，从而在那里不会再轻易产生附加的灭弧气体，因为在该区域基于第二种材料具有更高的阻燃性而具有更高的抵御热作用的阻力。在这种情况下该阻燃材料应该一方面仅具有较小发出烟灰的倾向。另一方面，烟灰(可能由其它材料组成)要尽可能不会附着。通常阻燃材料是较少产生烟灰的材料。通过这种设计能够在绝缘材料喷嘴通道中提供相宜的部段，其例如设有用于绝缘材料磨蚀或气化的相应大小设计的侧壁，而其他区域、例如绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段用于引导灭弧气体。利用这种设计能够使绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段设有相对薄的侧壁。尤其是当绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段与接触件同心布设时，能够造成绝缘材料喷嘴沿圆周减小的外轮廓。相反在电弧燃烧的区域，例如绝缘材料喷嘴通道的圆柱形区域内在绝缘材料喷嘴的外圆周保持相同或者甚至较小时也能够提供较大的壁厚，灭弧气体由于热作用而从该壁厚中被引出。由此能够在细长的绝缘材料喷嘴体上提供相当大的可以无问题气化的绝缘材料体积，而不会不利地影响绝缘材料喷嘴的稳定性和功能。另外通过采用绝缘材料喷嘴的空心圆柱形部段能够提供足够大的横截面，以便将被电弧加热和膨胀的气体导引到储存容积内。
按另一项优选的扩展设计可以规定，表面具有由所述第二种材料构成的环形区域。
环形结构适合于尽可能大面积地在绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段中保护那里具有的侧壁/表面。必须通过绝缘材料喷嘴的空心圆柱形部段导送的已经被电弧加热的灭弧气体一直具有热量，该热量在较小阻燃性的绝缘材料处可能造成表面侵蚀。在这种情况下环形结构沿圆周保护绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段的相应的被包覆区域。也可以规定，在绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段的内、外表面中布设多个沿轴向连续相继的环。由此能够允许在一些特定位置在位于这些环之间的一些区域存在侵蚀。由此能够更精确地控制中间储存在所述储存容积内的膨胀的灭弧气体的产生。因此能够例如平息由于在绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段中个别可侵蚀的区域而造成的过热灭弧气体。过热的灭弧气体例如可能发生在短路电流能量较大时。这种短路电流关系到需要遭遇特别强烈冷却的极高热量的电弧。在待切断的电流相应较小以及由此引发的电弧产能较小时被导引到绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段内的灭弧气体不会被过度加热为，使布设在环之间的部段被附带侵蚀。因此能够实现，将装备有按照本发明设计的绝缘材料喷嘴的开关设备用于极频繁地通断工作电流。此外该绝缘材料喷嘴适合于控制在电开关设备的使用寿命期间偶尔出现的短路电流。
按另一项优选的扩展设计可以规定，内表面和外表面的所述具有第二种材料的区域沿径向相互套叠。
通过由较高阻燃性的第二种材料构成的区域沿径向的套叠能够在绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段区域内产生在流动技术上有利的状况。与由于侵蚀现象而使表面粗糙度逐渐加重的部段相比，由具有较高耐侵蚀性的第二种材料构成的套叠区域具有光滑的表面。由此能够使导引经过该空心圆柱形部段的气体快速通过该部段，因为该部段的流动阻力较小。通过在内表面和外表面上沿径向相对置地布设第二种材料，使得绝缘材料喷嘴通道的这些区域具有几乎保持不变的流动状况。这样的区域例如可以由环形地在这些表面中环绕的部段构成，这些部段沿空心圆周轴线至少区域性地相互套叠。
此外可以优选，所述绝缘材料喷嘴是电开关设备的断路器单元的一部分以及所述空心圆柱形的部段与绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段连接，其中该圆柱形部段在电开关设备的开关过程中可借助于接触件堵塞。
例如圆柱形接触件可以以简单的方式移入到绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段内。在这种情况下圆柱形接触件的横截面与绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段的横截面相比可以略微减小。那么在移入接触件时就将绝缘材料喷嘴通道堵塞。仅有少量的气体从接触件与绝缘材料喷嘴通道的侧壁之间的边缘区域逸出。由此能够控制绝缘材料喷嘴通道内的流动状况。在绝缘材料喷嘴通道被接触件堵塞期间例如能够使在该圆柱形部段内被加热以及通过绝缘材料喷嘴通道的界面材料的气化附加地产生灭弧气体并使之膨胀的电弧在绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段内燃烧。通过与背离由接触件堵塞该绝缘材料喷嘴通道的绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段那一侧连接的空心圆柱形部段，可以使被加热的气体通过该空心圆柱形部段逸出。这样绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段例如通入到其中中间储存被加热的气体的储存容积内。由于由电弧驱使的气体不利的尾流而使储存容积内的气压升高。通过移开接触件并进而打开绝缘材料喷嘴通道而能够使热气体从绝缘材料喷嘴通道中流出。若由储存容积内部的出于升高压强下的气体支持，则该气体沿相反方向流经绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段朝绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段方向流动。在那里可能仍然燃烧的电弧现在被流出的气体吹拂。或许处于绝缘材料喷嘴通道内的等离子雾被从绝缘材料喷嘴通道中排出。
另外可以优选，将所述第二种材料嵌入到第一种材料中。
具有比第二种材料更低的阻燃性的第一种材料例如是有机塑料，其具有比第二种材料更大的体积份额。由此优选，将所述第二种材料嵌入到第一种材料中，使得在绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形部段内部的个别部段由第二种材料构成。可以采用例如经化学或物理处理的降低其碳含量的塑料作为第二种材料。这例如可以通过放射照射或热处理实现。
此外还可以优选，所述绝缘材料喷嘴的侧壁完全由第二种材料构成。
在采用第二种材料构成所述绝缘材料喷嘴的侧壁时，避免了在侧壁内部出现接缝。由此形成一种可以满足高介电要求的均质的结构。仅通过相应的连接面就将第二种材料与第一种材料连接起来。为此可以采用不同的接合方法。
按另一项优选的扩展设计可以规定，所述绝缘材料喷嘴具有第一喷嘴体和第二喷嘴体，它们相互同轴地布设以及在它们之间布设空心圆柱形部段。
通过采用两个喷嘴体可以简单的方式将构成所述空心圆柱形部段的两个喷嘴体的表面按适合的形式设置成第二种材料。由此可以达到采用简化的制造方法。此外也以简单的方式获得有关适应绝缘材料喷嘴通道的流动特性方面的良好应变性。利用能组合成一个绝缘材料喷嘴的多个喷嘴体，能够改变例如绝缘材料喷嘴通道的各区域的横截面方面的设计尺寸，或者还能够相应地改变各部段的长度。
另外可以优选，所述两种材料是绝电材料。
通过采用绝电材料，尽管绝缘材料喷嘴的空心圆柱形部段抵抗热灭弧气体的抵抗能力有所改善，但是几乎不会不利地影响到绝缘材料喷嘴本身的绝缘效果。有机塑料、尤其是聚四氟乙烯(PTFE)适用于第一种材料。适合第二种材料的是经过特殊处理的有机塑料，例如搀杂阻燃颗粒的塑料或者通过化学处理从其表面已经析出碳的塑料。此外也可以通过特殊的化学方法、例如浸渍改变塑料的阻燃特性。另外作为第二种材料可以采用具有良好的介电特性和高阻燃性的陶瓷。例如AL₂O₃是一种适合的陶瓷。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能够经济地制造按照本发明的绝缘材料喷嘴的方法。
该技术问题按照本发明是这样解决的，即，将第二种材料或第一种材料成形为成形体并在该成形体上敷设第一种或第二种材料。
所述成形体例如用颗粒通过烧结方法制成。如此制造的成形体可以在第二步骤中加入其他材料。由此能够在第一种与第二种材料之间产生紧密的结合。例如可以在另一个烧结工序中建立两种材料的连接。尤其是在将第二种材料的部段嵌入到第一种材料中时，此时第二种材料不完全构成绝缘材料喷嘴的侧壁，采用这类方法是有利的。
按照本发明采用另一种用于制造本文开头所述类型的绝缘材料喷嘴的方法，其中，将第一种材料和第二种材料分别成形为成形体并且将这些成形体相互连接。
通过采用第一种材料和第二种材料的不同成形体可以相互独立地制造它们。在这种情况下例如可以采用烧结方法、铸造方法或其他适合的造型方法。该制造方法的优点是，在采用不同的成形体时可以配套完善该绝缘材料喷嘴。由此可以按不同尺寸用不同材料组合相对灵活地制造绝缘材料喷嘴。
附图说明
下面在附图中简略地表示出本发明的一些具体实施方式并对其予以详细描述。在附图中：
图1示出了绝缘材料喷嘴的第一种设计方案；
图2示出了绝缘材料喷嘴的第二种设计方案。
具体实施方式
图1示出了高压断路器的断开点的剖面图。高压断路器的断开点具有第一种方案的绝缘材料喷嘴1a。第一种方案的绝缘材料喷嘴1a设计成与纵轴线2a同轴。同时第一接触件3及第二接触件4布设成在端侧相互对置地与纵轴线2a同轴。第一接触件3可沿纵轴线2a相对于第二接触件4移动。第二接触件4抗弯地(winkelsteif)与第一种方案的绝缘材料喷嘴1a相连。第二接触件4a具有郁金香形的面对第一接触件3的接触区域。第一接触件3设计为销形并且其尺寸设计为可以将它插入到第二接触件4的郁金香形的接触区域内。
第一种方案的绝缘材料喷嘴1a具有辅助喷嘴5和主喷嘴6。辅助喷嘴5与第二接触件4同轴地对准并且抗弯地与该第二接触件连接。辅助喷嘴5围绕着第二接触件4的郁金香形的接触区域并且围封该接触区域。除了辅助喷嘴5与第二接触件4的抗弯连接外，存储体7也抗弯地与第二接触件4连接。储存体7为受热气体提供储存容积。
主喷嘴6与纵轴线2a同轴地定向并且环绕辅助喷嘴5的绝大部分。主喷嘴6固定在储存体7上，从而在辅助喷嘴5与主喷嘴6之间存在连接并构成第一种方案的绝缘材料喷嘴1a。主喷嘴6具有绝缘材料喷嘴通道的一个圆柱形部段8。该圆柱形部段8朝第一接触件3的方向扩宽。圆柱形部段8的横截面比第一接触件3的横截面略大。绝缘材料喷嘴通道在绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段8的面对第二接触件4的端部处过渡为空心圆柱形的部段，该部段通入到由储存体7提供的储存容积内。基于辅助喷嘴5与主喷嘴6相互同轴套叠的区域，所以形成了绝缘材料喷嘴通道的空心圆柱形的部段。在相互套叠区域的辅助喷嘴5的外表面和主喷嘴6的内表面上在辅助喷嘴5和主喷嘴6中嵌入由第二种材料制成的嵌入件。辅助喷嘴5和主喷嘴6就其体积而言绝大部分由聚四氟乙烯、即第一种材料构成。所述嵌入件由具有更高阻燃性的第二种材料、例如由Al₂O₃的陶瓷构成。所述嵌入件设计为环形的并在材料喷嘴通道的空心圆柱形部段的大部分区域内相互套叠。
为了制造第一种方案的绝缘材料喷嘴1a可以规定，首先制造或者由第一材料或者由第二种材料构成的成形体以及将由第二种材料或者第一种材料构成的绝缘材料喷嘴的相应部段敷设到已经存在的成形体上。这例如可以通过两个烧结工序实现。
下面要对断开过程的顺序作原理性描述。
在接通状态下所述在图1中已由绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段8中移出的第一接触件3驶入到第二接触件4的郁金香形接触区域内。在断开运动过程中第一接触件3从第二接触件4的郁金香形接触区域内移出。在这种情况下在两个接触件3、4导电断开之后由于高的电场强度而产生电弧。在将第一接触件3逐渐从第二接触件4上撤离时，该电弧一直保持燃烧。电弧在绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段8中使气体膨胀。此外电弧还在该区域中将灭弧气体从绝缘材料喷嘴通道的侧壁排出。在这种情况下辅助喷嘴5的朝圆柱形部段8方向延伸穿过郁金香形接触区域的部段还被侵蚀。基于对第一接触件3的尺寸设计而将绝缘材料喷嘴通道的圆柱形部段8堵塞。因此受热而膨胀的气体或灭弧气体必然通过第一种方案的绝缘材料喷嘴1的空心圆柱形部段9流入到储存体7的储存容积内。基于电弧持续的后续加热和随之气体的附加生成和膨胀，使储存体7内部的压力增大。在通过第一接触件3打开空心圆柱形部段9之后(大约相当于图1所示的情形)中间储存在储存容积中的热灭弧气体沿相反方向经过所述空心圆柱形部段朝所述圆柱形部段8的方向流动并且从绝缘材料喷嘴通道的扩宽区域流出。在此存在急速的气流，该气流可能遭遇处于所述接触件之间的等离子体雾并使电弧冷却，直至最终使其消失。
图2中所示的第二种方案的绝缘材料喷嘴1b原则上具有与图1中所示的第一种方案的绝缘材料喷嘴相同的结构。因此相同的组件采用相同的附图标记标注。只是按不同的方式对具有第二种材料的空心圆柱形部段9进行了设计。
图2示出了第二种方案的绝缘材料喷嘴1b的剖面图。与第一种方案的绝缘材料喷嘴1a一样该第二种方案的绝缘材料喷嘴1b具有主喷嘴6b和辅助喷嘴5b。圆柱形部段8、主喷嘴6b的绝缘材料喷嘴通道的扩宽部段以及辅助喷嘴5b的超出第二接触件的接触区域的区域由第一种材料构成，亦即由聚四氟乙烯构成。主喷嘴6b的同心地围绕辅助喷嘴5b的部段由第二种材料构成，亦即主喷嘴6b的该部段的侧壁完全由具有更高阻燃性的材料构成。同样辅助喷嘴5b的绝大部分由具有更高阻燃性的材料构成。由此材料喷嘴通道的在主喷嘴6b与辅助喷嘴5b之间形成的空心圆柱形区域的主要部分限定为具有更高阻燃性的材料。例如可以采用一种制造方法，即，分开地用具有更高阻燃性的材料和具有更低阻燃性的材料制造一些旋转对称的成形体并且例如利用材料连接的接合方法将这些成形体在相应的端侧部段处相互抗弯地连接。
例如还可以将不同阻燃性的材料颗粒结合成共同的烧结体。例如可以形成如此多个按烧结工艺硬化和相互连接的成形体。这样做的优点是，不必在独立的工序中进行多个成形体的结合。