锁止组件及包含该锁止组件的电开关设备 |
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| 申请号 | CN201210092058.4 | 申请日 | 2012-02-16 | 公开(公告)号 | CN102683126A | 公开(公告)日 | 2012-09-19 |
| 申请人 | 伊顿公司; | 发明人 | A·L·戈特沙尔克; R·W·赫尔姆斯; D·A·帕克斯; R·M·斯莱皮恩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 锁 止组件(34)，包括：具有贯穿其中的开口(38)的锁止板(20)；以及锁止轴(22)，所述锁止轴(22)具有轴元件(32)和设置在轴元件上的 定位 肩部(24)。该定位肩部上具有安放表面(26)。轴元件穿过锁止板的开口。锁止板接合轴元件的定位肩部。轴元件的安放表面被 模锻 以将锁止板保持在轴元件上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种锁止组件(34)，包括： |
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| 说明书全文 | 锁止组件及包含该锁止组件的电开关设备技术领域背景技术[0002] 锁止装置是电开关设备例如断路器的重要组成部分，并且可以采取如图1所示的形式。锁止组件2包括三个部分：D-轴4，锁止板6和锁止轴8。锁止板6和锁止轴8连结在一起(例如，通过铜焊；通过锡焊；通过随后为热处理的熔焊(welding))，并且锁止板6围绕锁止轴8的纵向轴线9旋转。随着D-轴4绕其纵向轴线9旋转(例如相对于图1为顺时针)，D-轴4如图所示阻止(当在合适轴向位置的相应范围内时在D-轴槽10附近)或者允许锁止板6的运动(当在对应的合适轴向位置(未示出)时穿过D-轴槽10)。锁止轴8和D-轴4两者均围绕各自的纵向轴线旋转，两纵向轴线间隔固定的距离。当D-轴4被合适的定向(未示出)以允许锁止板6穿过D-轴槽10时，锁止组件2仅能够顺时针旋转(相对于图1)。 [0003] 为了优化性能，需要严格控制锁止板6和锁止轴8的强度和硬度，并最好能降低成本。例如，锁止板6由420不锈钢制成，锁止轴8由410不锈钢制成。这些部件被铜焊在一起并且被同时进行热处理。然而，不锈钢的硬度不足以承受寿命测试，因此锁止板6的尖端部12会变形。并且，铜焊某些类型的钢例如1070不锈钢带来的问题是，当这样的钢被热处理时会导致铜焊部熔化，因此这些部件在热处理炉内不能够保持在一起。 [0004] 将锁止板6刚性连结到锁止轴8的当前已知的方法包括钎焊或熔焊操作。然而，例如，在热处理后焊缝中的裂纹对于焊接部件来说是个问题。这些操作严重限制了对于这些部件的材料和相应的热处理方法的选择。可接受材料的可用的工艺又限制了部件的硬度和/或难以在工业环境中以可重复的方式进行控制。因此，存在对锁止组件改进的空间。 [0005] 还存在对于包括锁止组件的电开关设备例如断路器的改进空间。 发明内容[0007] 根据本发明的一个方面，一种锁止组件包括：具有贯穿其中的开口的锁止板；以及锁止轴，所述锁止轴包括轴元件和设置在该轴元件上的定位肩部，该定位肩部上具有安放表面(seating surface)，其中，该轴元件穿过锁止板的开口；锁止板与轴元件的定位肩部接合；轴元件的安放表面被模锻以将锁止板保持在轴元件上。 [0008] 作为本发明的另一方面，一种电开关设备包括：可分离触头；构造为打开和闭合可分离触头的操作机构；以及锁止装置，所述锁止装置包括：D-轴，具有贯穿其中的开口的锁止板，该锁止板具有构造为接合D-轴的部分，以及锁止轴，该锁止轴包括轴元件和设置在轴元件上的定位肩部，该定位肩部上具有安放表面，其中，该轴元件穿过锁止板的开口；该锁止板接合轴元件的定位肩部；该轴元件的安放表面被模锻以将锁止板保持在轴元件上。 [0009] 作为本发明的另一方面，一种锁止装置包括：D-轴；具有贯穿其中的开口的锁止板，该锁止板具有构造为接合D-轴的部分；以及锁止轴，该锁止轴包括轴元件和设置在该轴元件上的定位肩部，该定位肩部上具有安放表面，其中，该轴元件穿过锁止板的开口；该锁止板接合轴元件的定位肩部；该轴元件的安放表面被模锻以将锁止板保持在轴元件上。附图说明 [0010] 通过结合附图阅读下面对优选实施例的描述，可以获得对本发明全面的理解，其中： [0011] 图1是包括D-轴、锁止轴和锁止板的锁止组件的等轴测视图。 [0012] 图2是根据本发明实施例的锁止轴和锁止板的未组装时的等轴测视图。 [0013] 图3A和3B分别是图2中的锁止轴和锁止板在模锻前和模锻后的已组装的等轴测视图。 [0014] 图4是断路器的一部分及其状态指示组件(包括图3B中的锁止组件)的侧视图，其中断路器外壳和隐藏的部件以简化方式示出。 [0015] 图5是图4的状态指示组件的等轴测视图，所示的状态指示组件处于对应于断路器被卸载和打开的位置。 [0016] 图6是根据本发明实施例的模锻或压锻工具的等轴测视图。 [0017] 附图标记列表 [0018] 2 锁止组件 [0019] 4 D-轴 [0020] 6 锁止板 [0021] 8 锁止轴 [0022] 9 纵向轴线 [0023] 10 D-轴槽 [0024] 12 尖端部 [0025] 20 锁止板 [0026] 22 锁止轴 [0027] 24 定位肩部 [0028] 26 牺牲安放表面 [0029] 28 牺牲部分 [0030] 30 模锻或压锻工具 [0031] 32 轴元件 [0032] 34 锁止组件 [0033] 36 凸起表面 [0034] 38 开口 [0035] 39 中央纵向轴线 [0036] 40 锁止边缘 [0037] 42 中央纵向开口 [0038] 44 模锻表面 [0039] 46 滚轮表面 [0040] 100 状态指示组件 [0041] 102 脱扣D-轴 [0042] 104 电开关设备，例如但不限于断路器 [0043] 105 外壳 [0044] 106 可分离触头 [0045] 108 操作机构 [0046] 110 闭合弹簧 [0047] 112 打开锁止装置或脱扣锁止装置 [0048] 114 侧板 [0049] 116 脱扣D-轴开口 [0050] 118 肘膝部 具体实施方式[0051] 这里所使用的术语“数量”是指一个或大于一个的整数(即多个)。 [0052] 这里所使用的表述“两个或更多部件‘连接(connected)’或‘耦接(coupled)’在一起”是指这些部件直接地相连或通过一个或多个中间部件相连。此外，这里所使用的表述“两个或更多部件‘附接(attached)’”是指这些部件直接地相连。 [0053] 这里所使用的术语“模锻(swaging)”是指一种锻造工艺，其中工件的尺寸通过使用一个或多个压膜(die)、模锻工具或压锻工具来改变。模锻通常是一种冷加工工艺；然而有时也会作为热加工工艺来完成。应用于工件的术语“被模锻”(例如，“工件被模锻”)是指该工件的结构通过模锻来改变。 [0054] 本发明是参照断路器来进行描述的，但是本发明可应用于很大范围内的电开关设备。 [0055] 图2示出了组装之前的锁止板20和锁止轴22。锁止轴22包括定位肩部24和具有附加的牺牲部分28的安放表面26。邻接定位肩部24的锁止轴22的安放表面26被用于将锁止板20安置在锁止轴22上，如下面结合图3A和3B所描述的。然后通过使用合适的柱状模锻或压锻工具30(图6)使得安放表面26的附加的牺牲部分28(图2和3A)适当地机械变形(例如，被模锻)，以便将锁止板20保持在轴元件32上并将锁止板20锁定就位。牺牲部分28的机械变形提供了连结力。随后通过使用如下文所述的适当强健性的工业过程对完全组装后的锁止组件34(图3B)进行合适的热处理。 [0056] 图2、3A和3B示出了锁止板20和锁止轴22的机械连结。这允许很大范围内的材料选择和热处理。所得到的可用的材料和热处理工艺相对成本更低，更可靠，并且相比已知的现有技术的铜焊或熔焊操作来说，能够实现材料特性(例如强度和韧度)更适当的组合。图3A示出了在模锻之前的具有牺牲部分28的锁止组件34。图3B示出了在模锻之后的具有凸起表面36的锁止组件34。 [0057] 锁止组件34包括具有贯穿其中的开口38的锁止板20，以及锁止轴22，所述锁止轴22具有轴元件32和设置在轴元件32上的定位肩部24。定位肩部24上具有安放表面26。轴元件32和安放表面26的一部分穿过锁止板的开口38。锁止板20接合轴元件的定位肩部24。轴元件的安放表面26的牺牲部分28被模锻以将锁止板20保持在轴元件32上。 [0058] 本发明的锁止板20垂直于锁止轴22。此外，希望锁止边缘40足够硬以便在赫兹接触应力(例如，当两个弯曲表面相互接触并在施加的负荷作用下轻微变形时产生的局部应力)下不会变形，但是也不能太脆以至于当相应的断路器104(图4)锁止时发生崩裂。锁止板20的滚轮表面(rollersurface)46被精确地设置以便形成围绕锁止轴22的力矩臂，从而在脱扣D-轴102(图4和5)上获得合适的负荷，以便断路器104能够被脱扣致动器(未示出)中断，所述脱扣致动器例如(但不限于)仅具有最大大约两磅的力。锁止板20为平面元件，其具有与脱扣D-轴102接合的锁止边缘40，如图4所示。 [0059] 锁止轴22、定位肩部24和安放表面26为单个部件。例如，该单个部件可以在车床上(未示出)在一个操作中形成，以确保该单个部件是同心的，具有中央纵向轴线39，并且定位肩部24与锁止轴的纵向轴线39相垂直。 [0060] 本发明对于锁止板20使用了1070或1095弹簧钢，以便获得适当硬度的锁止边缘40以防止变形，并且对于锁止轴22使用了1045钢。当两个部件软时将两个部件压在一起，然后对锁止轴22进行模锻以将锁止板20保持在其上。当锁止轴22被模锻时，锁止轴22的安放表面26的牺牲部分28(图2和3A)被推入到锁止板20中以占据任何空隙并实现紧配合。安放表面26的牺牲部分28的一部分例如(但不限于)形成在凸起表面36(图3B)处的围绕锁止板20的开口38的0.020”的材料卷边(bead)，以将锁止板20机械地保持在轴元件32上并且确保锁止板20不会掉落。 [0061] 然后，对这些部件进行热处理和电镀。对于1045钢制成的锁止轴，锁止轴22的所有形成材料随后会硬化为洛氏硬度(HRC)35至HRC 40，以便在寿命测试期间不会发生变形。对于1070或1095弹簧钢制成的锁止板，锁止板20随后将硬化为HRC50至HRC 55的范围内，以便防止锁止边缘40在赫兹接触应力下变形。洛氏硬度标度是一种基于材料的压痕硬度的硬度标度。洛氏硬度试验是通过测量在大负荷下的压痕计的穿透深度并与预定负荷造成的穿透程度相比较来确定硬度的。存在用单个字母表示的不同的标度，这些标度使用不同的负荷或压痕计。结果是无量纲数，用HRX来标注，其中X(例如，C用于较硬的钢)是标度字母。 [0062] 对于1070弹簧钢的一种示例性热处理方法包括在相配的碳气氛(例如，0.70％)中对钢进行奥氏体化(例如但不限于，将钢加热至一个温度，在该温度钢的晶体结构从铁素体转化为奥氏体；在两相奥氏体化期间可能出现或存在碳化物)，在水中进行淬火，以及对钢进行回火，以获得HRC50至HRC 55的硬度。该方法循环可包括加热至1475°F，在该温度维持3-7分钟，在水中淬火，清洁部件以去除淬火油，以及在500-700°F回火一个小时。 [0063] 对于锁止组件34的一种示例性电镀方法是：金属表面自催化(无电)镍磷涂层的ASTM B733-04(2009)标准规范。 [0064] 参照图4，状态指示组件100用于电开关设备，例如但不限于，断路器104(以简化形式部分示出)。断路器104包括外壳105(以虚线示出)，被外壳105包围的可分离触头106(以简化形式示出)，以及用于打开和闭合可分离触头106的操作机构108(以简化形式示出)。操作机构108包括储能机构，在此示例中该储能机构包括闭合弹簧110(以虚线部分地示出)。操作机构108还包括打开锁止装置或脱扣锁止装置112，其可在锁止位置(如图所示)和解锁位置(图5)之间枢转。储能机构(仅示出了闭合弹簧110)对肘膝部(toggle knee)118施加力并闭合断路器104。当断路器104保持闭合时，可分离触头106可保持闭合并且储能机构可被再次加载。断路器的可分离触头106被闭合并且打开锁止装置112被锁止(图4)。当打开锁止装置112被旋转至打开位置时(图5)，可分离触头106随后断开连接。 [0065] 在这里示出和描述的示例中，断路器外壳105还包括一对相对的侧板(图中只示出一个侧板114)，并且状态指示组件100基本设置在侧板之间。打开锁止装置或脱扣锁止装置112包括锁止组件34和脱扣D-轴102。锁止组件34可枢转地耦接至侧板14(图中只示出一个侧板14)，并且构造为在锁止位置(图4)和解锁位置(图5)之间枢转或摇摆。在锁止位置，锁止边缘40接合脱扣D-轴102的外径并且由此被保持就位。脱扣D-轴102构造为响应用户的输入(例如，螺线管(未示出)的致动)而旋转(相对于图4顺时针)。 当脱扣D-轴102旋转时，锁止边缘40越过脱扣D-轴102并进入脱扣D-轴的开口116中，从而允许锁止组件34移动进入解锁位置(图5)。 [0066] 本发明采用成本低的、多部件的(multipart)、纯机械连结的锁止组件34。因此，可使用最佳的材料用于主要的锁止部件，即锁止板20和锁止轴22。因此，可提供一种具有适当高硬度的锁止组件34，而不必像现有的铜焊锁止组件的情况一样在连结操作期间使硬度有所妥协。连结操作是一种模锻操作，其将锁止板20定位在锁止轴22上并且仅通过机械力将这些主要的锁止部件锁定在一起。圆柱形的模锻或压锻工具30(图6)包括用于接纳轴元件32的中央纵向开口42，以及用于模锻牺牲部分28的模锻表面44。 [0067] 尽管已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员应理解的是，可以根据所公开的全部教导设计出这些细节的各种改进和变型。因此，所公开的特定设置仅仅是示例性的，并不限定本发明的范围，本发明的范围将由所附权利要求及其任何和全部等同方案的所有内容给出。 |
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