專利名稱：鎖止組件及包含該鎖止組件的電開關設備的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及電開關設備，尤其涉及斷路器。本發明還涉及用于所述斷路器的鎖止組件(latch assembly)。
背景技術：
鎖止裝置是電開關設備例如斷路器的重要組成部分，并且可以采取如圖I所示的形式。鎖止組件2包括三個部分D-軸4,鎖止板6和鎖止軸8。鎖止板6和鎖止軸8連結在一起(例如，通過銅焊；通過錫焊；通過隨后為熱處理的熔焊(welding))，并且鎖止板6圍繞鎖止軸8的縱向軸線9旋轉。隨著D-軸4繞其縱向軸線9旋轉(例如相對于圖I為順時針)，D-軸4如圖所示阻止(當在合適軸向位置的相應范圍內時在D-軸槽10附近)或者允許鎖止板6的運動(當在對應的合適軸向位置(未示出)時穿過D-軸槽10)。鎖止軸8和D-軸4兩者均圍繞各自的縱向軸線旋轉，兩縱向軸線間隔固定的距離。當D-軸4被合適的定向(未示出)以允許鎖止板6穿過D-軸槽10吋，鎖止組件2僅能夠順時針旋轉(相對于圖I)。為了優化性能，需要嚴格控制鎖止板6和鎖止軸8的強度和硬度，并最好能降低成本。例如，鎖止板6由420不銹鋼制成，鎖止軸8由410不銹鋼制成。這些部件被銅焊在一起并且被同時進行熱處理。然而，不銹鋼的硬度不足以承受壽命測試，因此鎖止板6的尖端部12會變形。并且，銅焊某些類型的鋼例如1070不銹鋼帶來的問題是，當這樣的鋼被熱處理時會導致銅焊部熔化，因此這些部件在熱處理爐內不能夠保持在一起。將鎖止板6剛性連結到鎖止軸8的當前已知的方法包括釬焊或熔焊操作。然而，例如，在熱處理后焊縫中的裂紋對于焊接部件來說是個問題。這些操作嚴重限制了對于這些部件的材料和相應的熱處理方法的選擇。可接受材料的可用的エ藝又限制了部件的硬度和/或難以在エ業環境中以可重復的方式進行控制。因此，存在對鎖止組件改進的空間。還存在對于包括鎖止組件的電開關設備例如斷路器的改進空間。
發明內容
這些需求和其它方面通過本發明的實施例得以滿足，所述實施例提供了一種鎖止組件，其中鎖止板和鎖止軸的軸元件被模鍛以將鎖止板保持在軸元件上。根據本發明的ー個方面，ー種鎖止組件包括具有貫穿其中的開ロ的鎖止板；以及鎖止軸，所述鎖止軸包括軸元件和設置在該軸元件上的定位肩部，該定位肩部上具有安放表面(seating surface),其中，該軸元件穿過鎖止板的開ロ ；鎖止板與軸元件的定位肩部接合；軸元件的安放表面被模鍛以將鎖止板保持在軸元件上。作為本發明的另一方面，一種電開關設備包括可分離觸頭；構造為打開和閉合可分離觸頭的操作機構；以及鎖止裝置，所述鎖止裝置包括D-軸，具有貫穿其中的開ロ的鎖止板，該鎖止板具有構造為接合D-軸的部分，以及鎖止軸，該鎖止軸包括軸元件和設置在軸元件上的定位肩部，該定位肩部上具有安放表面，其中，該軸元件穿過鎖止板的開ロ ；該鎖止板接合軸元件的定位肩部；該軸元件的安放表面被模鍛以將鎖止板保持在軸元件上。作為本發明的另一方面，一種鎖止裝置包括D_軸；具有貫穿其中的開ロ的鎖止板，該鎖止板具有構造為接合D-軸的部分；以及鎖止軸，該鎖止軸包括軸元件和設置在該軸元件上的定位肩部，該定位肩部上具有安放表面，其中，該軸元件穿過鎖止板的開ロ ；該鎖止板接合軸元件的定位肩部；該軸元件的安放表面被模鍛以將鎖止板保持在軸元件上。
通過結合附圖閱讀下面對優選實施例的描述，可以獲得對本發明全面的理解，其中圖I是包括D-軸、鎖止軸和鎖止板的鎖止組件的等軸測視圖。
圖2是根據本發明實施例的鎖止軸和鎖止板的未組裝時的等軸測視圖。圖3A和3B分別是圖2中的鎖止軸和鎖止板在模鍛前和模鍛后的已組裝的等軸測視圖。圖4是斷路器的一部分及其狀態指示組件(包括圖3B中的鎖止組件)的側視圖，其中斷路器外殼和隱藏的部件以簡化方式示出。圖5是圖4的狀態指示組件的等軸測視圖，所示的狀態指示組件處于對應于斷路器被卸載和打開的位置。圖6是根據本發明實施例的模鍛或壓鍛工具的等軸測視圖。附圖標記列表2鎖止組件4 D-軸6鎖止板8鎖止軸9縱向軸線10 D-軸槽12尖端部20鎖止板22鎖止軸24定位肩部26犧牲安放表面28犧牲部分30模鍛或壓鍛工具32軸元件34鎖止組件36凸起表面38 開ロ39中央縱向軸線40鎖止邊緣
42中央縱向開ロ44模鍛表面46滾輪表面100狀態指示組件102 脫扣 D-軸104電開關設備，例如但不限于斷路器105 外殼
106可分離觸頭108操作機構110閉合彈簧112打開鎖止裝置或脫扣鎖止裝置114 側板116脫扣D-軸開ロ118肘膝部
具體實施例方式這里所使用的術語“數量”是指ー個或大于ー個的整數(即多個)。這里所使用的表述“兩個或更多部件‘連接(connected) ’或‘I禹接(coupled) ’在一起”是指這些部件直接地相連或通過ー個或多個中間部件相連。此外，這里所使用的表述“兩個或更多部件‘附接(attached)’”是指這些部件直接地相連。這里所使用的術語“模鍛(swaging) ”是指ー種鍛造エ藝，其中エ件的尺寸通過使用一個或多個壓膜(die)、模鍛工具或壓鍛工具來改變。模鍛通常是ー種冷加工工藝；然而有時也會作為熱加工エ藝來完成。應用于エ件的術語“被模鍛”(例如，“エ件被模鍛”)是指該エ件的結構通過模鍛來改變。本發明是參照斷路器來進行描述的，但是本發明可應用于很大范圍內的電開關設備。圖2示出了組裝之前的鎖止板20和鎖止軸22。鎖止軸22包括定位肩部24和具有附加的犧牲部分28的安放表面26。鄰接定位肩部24的鎖止軸22的安放表面26被用于將鎖止板20安置在鎖止軸22上，如下面結合圖3A和3B所描述的。然后通過使用合適的柱狀模鍛或壓鍛工具30 (圖6)使得安放表面26的附加的犧牲部分28 (圖2和3A)適當地機械變形(例如，被模鍛)，以便將鎖止板20保持在軸元件32上并將鎖止板20鎖定就位。犧牲部分28的機械變形提供了連結力。隨后通過使用如下文所述的適當強健性的エ業過程對完全組裝后的鎖止組件34 (圖3B)進行合適的熱處理。圖2、3A和3B示出了鎖止板20和鎖止軸22的機械連結。這允許很大范圍內的材料選擇和熱處理。所得到的可用的材料和熱處理工藝相對成本更低，更可靠，并且相比已知的現有技術的銅焊或熔焊操作來說，能夠實現材料特性(例如強度和韌度)更適當的組合。圖3A示出了在模鍛之前的具有犧牲部分28的鎖止組件34。圖3B示出了在模鍛之后的具有凸起表面36的鎖止組件34。鎖止組件34包括具有貫穿其中的開ロ 38的鎖止板20，以及鎖止軸22，所述鎖止軸22具有軸元件32和設置在軸元件32上的定位肩部24。定位肩部24上具有安放表面26。軸元件32和安放表面26的一部分穿過鎖止板的開ロ 38。鎖止板20接合軸元件的定位肩部24。軸元件的安放表面26的犧牲部分28被模鍛以將鎖止板20保持在軸元件32上。本發明的鎖止板20垂直于鎖止軸22。此外，希望鎖止邊緣40足夠硬以便在赫茲接觸應カ(例如，當兩個彎曲表面相互接觸并在施加的負荷作用下輕微變形時產生的局部應力)下不會變形，但是也不能太脆以至于當相應的斷路器104(圖4)鎖止時發生崩裂。鎖止板20的滾輪表面(rolIersurface) 46被精確地設置以便形成圍繞鎖止軸22的力矩臂，從而在脫扣D-軸102(圖4和5)上獲得合適的負荷，以便斷路器104能夠被脫扣致動器(未示出)中斷，所述脫扣致動器例如(但不限干)僅具有最大大約兩磅的力。鎖止板20為平面元件，其具有與脫扣D-軸102接合的鎖止邊緣40，如圖4所示。鎖止軸22、定位肩部24和安放表面26為單個部件。例如，該單個部件可以在車床上(未示出)在ー個操作中形成，以確保該單個部件是同心的，具有中央縱向軸線39，并且 定位肩部24與鎖止軸的縱向軸線39相垂直。本發明對于鎖止板20使用了 1070或1095彈簧鋼，以便獲得適當硬度的鎖止邊緣40以防止變形，并且對于鎖止軸22使用了 1045鋼。當兩個部件軟時將兩個部件壓在一起，然后對鎖止軸22進行模鍛以將鎖止板20保持在其上。當鎖止軸22被模鍛吋，鎖止軸22的安放表面26的犧牲部分28 (圖2和3A)被推入到鎖止板20中以占據任何空隙并實現緊配合。安放表面26的犧牲部分28的一部分例如(但不限于)形成在凸起表面36 (圖3B)處的圍繞鎖止板20的開ロ 38的O. 020”的材料卷邊(bead)，以將鎖止板20機械地保持在軸元件32上并且確保鎖止板20不會掉落。然后，對這些部件進行熱處理和電鍍。對于1045鋼制成的鎖止軸，鎖止軸22的所有形成材料隨后會硬化為洛氏硬度(HRC) 35至HRC 40，以便在壽命測試期間不會發生變形。對于1070或1095彈簧鋼制成的鎖止板，鎖止板20隨后將硬化為HRC50至HRC 55的范圍內，以便防止鎖止邊緣40在赫茲接觸應カ下變形。洛氏硬度標度是一種基于材料的壓痕硬度的硬度標度。洛氏硬度試驗是通過測量在大負荷下的壓痕計的穿透深度并與預定負荷造成的穿透程度相比較來確定硬度的。存在用單個字母表示的不同的標度，這些標度使用不同的負荷或壓痕計。結果是無量綱數，用HRX來標注，其中X(例如，C用于較硬的鋼)是標度字母。對于1070彈簧鋼的一種示例性熱處理方法包括在相配的碳氣氛(例如，O. 70% )中對鋼進行奧氏體化(例如但不限于，將鋼加熱至ー個溫度，在該溫度鋼的晶體結構從鐵素體轉化為奧氏體；在兩相奧氏體化期間可能出現或存在碳化物)，在水中進行淬火，以及對鋼進行回火，以獲得HRC50至HRC 55的硬度。該方法循環可包括加熱至1475° F，在該溫度維持3-7分鐘，在水中淬火，清潔部件以去除淬火油，以及在500-700° F回火ー個小時。對于鎖止組件34的一種示例性電鍍方法是金屬表面自催化(無電)鎳磷涂層的ASTM B733-04(2009)標準規范。參照圖4，狀態指示組件100用于電開關設備，例如但不限干，斷路器104(以簡化形式部分示出)。斷路器104包括外殼105 (以虛線示出)，被外殼105包圍的可分離觸頭106(以簡化形式示出)，以及用于打開和閉合可分離觸頭106的操作機構108(以簡化形式示出)。操作機構108包括儲能機構,在此示例中該儲能機構包括閉合彈簧110 (以虛線部分地示出)。操作機構108還包括打開鎖止裝置或脫扣鎖止裝置112，其可在鎖止位置(如圖所示)和解鎖位置(圖5)之間樞轉。儲能機構(僅示出了閉合彈簧110)對肘膝部(toggle knee) 118施加力并閉合斷路器104。當斷路器104保持閉合時,可分離觸頭106可保持閉合并且儲能機構可被再次加載。斷路器的可分離觸頭106被閉合并且打開鎖止裝置112被鎖止(圖4)。當打開鎖止裝置112被旋轉至打開位置時(圖5)，可分離觸頭106隨后斷開連接。
在這里示出和描述的示例中，斷路器外殼105還包括一對相對的側板(圖中只示出一個側板114)，并且狀態指示組件100基本設置在側板之間。打開鎖止裝置或脫扣鎖止裝置112包括鎖止組件34和脫扣D-軸102。鎖止組件34可樞轉地耦接至側板14 (圖中只示出一個側板14)，并且構造為在鎖止位置(圖4)和解鎖位置(圖5)之間樞轉或搖擺。在鎖止位置，鎖止邊緣40接合脫扣D-軸102的外徑并且由此被保持就位。脫扣D-軸102構造為響應用戶的輸入(例如，螺線管(未示出)的致動)而旋轉(相對于圖4順時針)。當脫扣D-軸102旋轉時，鎖止邊緣40越過脫扣D-軸102并進入脫扣D-軸的開ロ 116中，從而允許鎖止組件34移動進入解鎖位置(圖5)。本發明采用成本低的、多部件的(multipart)、純機械連結的鎖止組件34。因此，可使用最佳的材料用于主要的鎖止部件，即鎖止板20和鎖止軸22。因此，可提供ー種具有適當高硬度的鎖止組件34，而不必像現有的銅焊鎖止組件的情況ー樣在連結操作期間使硬度有所妥協。連結操作是ー種模鍛操作，其將鎖止板20定位在鎖止軸22上并且僅通過機械カ將這些主要的鎖止部件鎖定在一起。圓柱形的模鍛或壓鍛工具30(圖6)包括用于接納軸元件32的中央縱向開ロ 42，以及用于模鍛犧牲部分28的模鍛表面44。盡管已經詳細描述了本發明的具體實施例，但是本領域技術人員應理解的是，可以根據所公開的全部教導設計出這些細節的各種改進和變型。因此，所公開的特定設置僅僅是示例性的，并不限定本發明的范圍，本發明的范圍將由所附權利要求及其任何和全部等同方案的所有內容給出。
權利要求
1.ー種鎖止組件(34)，包括 具有貫穿其中的開ロ(38)的鎖止板(20);以及 鎖止軸(22)，所述鎖止軸(22)包括軸元件(32)和設置在所述軸元件上的定位肩部(24)，所述定位肩部上具有安放表面(26)， 其中，所述軸元件穿過所述鎖止板的開ロ， 所述鎖止板接合所述軸元件的定位肩部，以及 所述軸元件的安放表面被模鍛以將所述鎖止板保持在所述軸元件上。
2.根據權利要求I的鎖止組件(34)，其特征在于，所述軸元件僅通過機械カ保持所述鎖止板。
3.根據權利要求I的鎖止組件(34)，其特征在于，所述鎖止板由選自包含1070彈簧鋼和1095彈簧鋼的組的材料制成，所述鎖止軸由1045鋼制成。
4.根據權利要求I的鎖止組件(34)，其特征在于，所述鎖止組件被熱處理以提供所述鎖止板的在HRC50至HRC55范圍內的硬度。
5.根據權利要求4的鎖止組件(34)，其特征在于，所述鎖止組件按照ASTMB733標準進行電鍍。
6.根據權利要求I的鎖止組件(34)，其特征在于，所述軸元件的安放表面的一部分(28)形成圍繞所述鎖止板的開ロ的材料卷邊(36)，以便將所述鎖止板機械地保持在所述軸元件上。
7.根據權利要求I的鎖止組件(34)，其特征在于，所述鎖止軸、定位肩部和安放表面形成為單個部件；所述單個部件是同心的并具有中央縱向軸線(39);所述定位肩部與所述中央縱向軸線相垂直。
8.根據權利要求I的鎖止組件(34)，其特征在于，所述鎖止板為具有鎖止邊緣(40)的平面元件。
9.根據權利要求I的鎖止組件(34)，其特征在于，所述軸元件的安放表面構造為由模鍛或壓鍛工具(30)進行模鍛。
10.根據權利要求I的鎖止組件(34)，其特征在于，所述安放表面包括犧牲安放表面(28)，當所述犧牲安放表面被模鍛以將所述鎖止板保持在所述軸元件上時，所述犧牲安放表面發生機械變形。
11.一種電開關設備(104),包括 可分離觸頭(106)； 構造為打開和閉合所述可分離觸頭的操作機構(108);以及 鎖止裝置(112)，所述鎖止裝置(112)包括 D-軸(102)， 具有貫穿其中的開ロ(38)的鎖止板(20)，所述鎖止板具有構造為接合所述D-軸的部分(40)，以及 鎖止軸(22)，所述鎖止軸(22)包括軸元件(32)和設置在所述軸元件上的定位肩部(24)，所述定位肩部上具有安放表面(26)， 其中，所述軸元件穿過所述鎖止板的開ロ， 所述鎖止板接合所述軸元件的定位肩部，以及所述軸元件的安放表面被模鍛以將所述鎖止板保持在所述軸元件上。
12.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，所述軸元件僅通過機械カ保持所述鎖止板。
13.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，所述鎖止板由選自包含1070彈簧鋼和1095彈簧鋼的組的材料制成，所述鎖止軸由1045鋼制成。
14.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，在被模鍛后，所述鎖止板和所述鎖止軸被熱處理以提供所述鎖止板的在HRC50至HRC55范圍內的硬度。
15.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，在被熱處理后，所述鎖止板和所述鎖止軸按照ASTM B733標準進行電鍍。
16.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，所述軸元件的安放表面的一部分(28)形成圍繞所述鎖止板的開ロ的材料卷邊(36)，以便將所述鎖止板機械地保持在所述軸元件上。
17.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，所述鎖止軸、定位肩部和安放表面形成為單個部件；所述單個部件是同心的并具有中央縱向軸線(39);所述定位肩部與所述中央縱向軸線相垂直。
18.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，所述鎖止板為具有與所述D-軸接合的鎖止邊緣(40)的平面元件；所述鎖止板的所述部分是所述平面元件的所述鎖止邊緣。
19.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，所述軸元件的安放表面構造為由模鍛或壓鍛工具(30)進行模鍛。
20.根據權利要求11的電開關設備(104)，其特征在于，所述安放表面包括犧牲安放表面(28)，當所述犧牲安放表面被模鍛以將所述鎖止板保持在所述軸元件上時，所述犧牲安放表面發生機械變形。
21.一種鎖止裝置(112)，包括 D-軸(102)， 具有貫穿其中的開ロ(38)的鎖止板(20)，所述鎖止板具有構造為接合所述D-軸的部分(40)，以及 鎖止軸(22)，所述鎖止軸(22)包括軸元件(32)和設置在所述軸元件上的定位肩部(24)，所述定位肩部上具有安放表面(26)， 其中，所述軸元件穿過所述鎖止板的開ロ， 所述鎖止板接合所述軸元件的定位肩部，以及 所述軸元件的安放表面被模鍛以將所述鎖止板保持在所述軸元件上。
全文摘要
本發明涉及一種鎖止組件(34)，包括具有貫穿其中的開口(38)的鎖止板(20)；以及鎖止軸(22)，所述鎖止軸(22)具有軸元件(32)和設置在軸元件上的定位肩部(24)。該定位肩部上具有安放表面(26)。軸元件穿過鎖止板的開口。鎖止板接合軸元件的定位肩部。軸元件的安放表面被模鍛以將鎖止板保持在軸元件上。
文檔編號H01H71/10GK102683126SQ201210092058
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者A·L·戈特沙爾克, D·A·帕克斯, R·M·斯萊皮恩, R·W·赫爾姆斯 申請人:伊頓公司